Содержание к диссертации
Введение
Глава І. Исслвдование влияния пав на трансшортирущую способность потока 14
1.1. Краткий анализ работ, посвященных иссле дованию влияния поверхностно-активных веществ на работу газожидкостного подъем ника 14
1.2 Исследование влияния ПАВ на эффект миграции частиц 21
1,3. Исследование влияния ПАВ на эффект попе речной миграции в проницаемой трубе 37
1.4 Оценка влияния малых добавок ПАВ на про цесс миграции в трубах с внутренним покрытием 46
Глава II. Влияние пав на получение благошиятных структур газ(водостойкой смеси) 57
2.1. Изучение влияния добавок ПАВ на интенсивность газовыделения 57
2.2. Изучение влияния ПАВ на гидравлические сопротивления газожидкостного потока 68
2.3. Влияние ПАВ на стабильность эмульсионных структур потока . 83
2.4. Влияние ПАВ на оптимизацию работы газлифт-ных скважин 94
Глава III. Диагностирование эффективности процессов с использованием различных индикаторов 103
3.1. Регулирование неравновесными процессами в газлифтной добыче 103
3.2. Экспресо-метод диагностирования изменений в режимах работы нефтяных скважин 113
3.3. Диагностирование и повышение эффективности работы газлифтных скважин с применением спектрального анализа 132
Литература 151
Приложение 158
- Исследование влияния ПАВ на эффект миграции частиц
- Оценка влияния малых добавок ПАВ на про цесс миграции в трубах с внутренним покрытием
- Изучение влияния ПАВ на гидравлические сопротивления газожидкостного потока
- Экспресо-метод диагностирования изменений в режимах работы нефтяных скважин
Введение к работе
Решение Министерства нефтяной промышленности о расширении работ по увеличению нефтеотдачи на основе интенсивного использования химических реагентов и создание специального научно-производственного объединения "Союзнефтепромхим" будет способствовать выполнению поставленных ХХУІ съездом КПСС перед нефтяниками страны ответственных задач - доведению до конца П пятилетки добычу нефти (с газовым конденсатом) до 620-645 млн.т и газа до 600-640 млрд.куб.м. в год.
Успех в осуществлении поставленных задач можно обеспечить за счет ускоренного ввода в действие новых мощностей по добыче нефти, повышения эффективности использования имеющихся мощностей, осуществления комплекса геолого-технических мероприятий, наращивания объемов работ по поддержанию пластового давления, широкого применения высокоэффективных методов разработки нефтяных месторождений, направленных на увеличение нефтеотдачи пластов»
Значительная работа будет проведена по повышению и стабилизации добывных возможностей действующих скважин за счет применения интенсивных систем разработки, высокопроизводительного оборудования и различных способов обработки призабойных зон скважин с целью увеличения притока нефти.
Актуальность темы. В настоящее время эксплуатация скважин газлифтным способом приобретает, все большее значение. Как показывает практика применения газлифтного способа эксплуатации на месторождениях нашей страны этот способ эксплуатации экономически высокоэффективен и может быть осуществлен без значительных капитальных затрат.
При описании процессов, происходящих при разработке нефтяных месторождений, большое значение имеет учет термодинамических процессов, сопровождающих движение газожидкостной смеси, что представляет важный практический интерес при оптимизации работы газлифтных скважин. Подъем газожидкостной смеси в скважине обычно сопровождается значительной неравновесностью, вследствие ее разгазирования и больших скоростей движения. При этом изменение во времени физических свойств многофазных сред создает большие трудности в исследовании закономерностей движения газожидкостных смесей.
В связи с разнообразием структур газожидкостных смесей и трудностью учета свойств каждой структуры влияние малых добавок ПАВ на получение стабильных эмульсионных структур потока и сохранение их на большей части подъемных труб определяет актуальность вопроса влияния ПАВ на работу газожидкостных подъемников.
Цель работы. Выявить условия, при которых ПАВ будут способствовать формированию пристенного газового слоя, что позволит значительно повысить коэффициент полезного действия газожидкостных подъемников, в особенности, при добыче тяжелых нефтей газлифт-шм способом.
В работе решены следующие задачи;
1. Исследовано влияние ПАВ на эффект поперечной миграции дисперсной фазы в лифтовых трубах (в обычной, проницаемой трубе и в трубах, имеющих внутреннее покрытие).
2. Определены гидравлические сопротивления при движении водных растворов ПАВ в газожидкостных подъемниках,
3. Изучено влияние ПАВ на стабильность структур газожидкостных потоков, характеризующихся неравновесными процессами в газ-лифтной добыче.
4, Исследовано влияние ПАВ на оптимизацию работы газлифт ных скважин.
5. Разработан способ борьбы с вредным влиянием газа, накопившегося в призабойной зоне пласта на производительность газ лифтных скважин в процессе их работы.
Методы решения поставленных задач
Для решения поставленных задач в работе использованы экспериментальные и промысловые методы исследования. При обработке результатов исследований использованы вероятностно-статистические методы с применением ЭВМ.
Научная новизна
1. Определено влияние ШБ на устойчивость образующегося пристенного газового слоя в лифтовых трубах.
2. Проведена оценка нового метода воздействия ПАВ на приза-бойную зону скважин с применением аппарата спектрального анализа.
3. Показана возможность увеличения коэффициента полезного действия газожидкостного подъемника и очистки призабойной зоны пласта от накопившегося газа с помощью воздействия водными растворами ПАВ.
4. Предложен экспресс-метод исследования газлифтных скважин для проведения диагностирования изменений при применении ПАВ для различных режимов работы скважин.
5. Впервые в результате лабораторных и промысловых исследований установлено влияние ПАВ на состояние газожидкостной системы в призабойной зоне скважин.
Практическая ценность и реализация результатов В призабойной зоне скважин, работающих при забойном давлении ниже давления насыщения, выделяющийся газ за сравнительно продолжительное время порядка нескольких месяцев накапливается
- 7 и способствует возникновению неравновесных процессов, которые приводят к снижению продуктивных характеристик пласта. Проведение обработки призабойной зоны водным раствором ПАВ приводит к более полному растворению газа в нефти, значительному уменьшению набухаемости глины и гидрофилизации поверхности пористой среда. Регулирование поверхностными свойствами пористой среда, гидрофилизация гидрофобной поверхности ведет к уменьшению фильтрационного сопротивления и увеличению продуктивности скважин.
Предложенные в диссертационной работе методы контроля и регулирования состояния газожидкостной системы в призабойной зоне и в стволе скважин при воздействии водными растворами ПАВ были применены при проведении промысловых исследований на промыслах НЩ" им. А.П.Серебровского ВПО "Каспморнефтегазпром" и НГДУ "Орд-жoникидзeнeфть,, ПО "Азнефть".
В результате воздействия на призабойную зону водными растворами ПАВ в 33 газлифтных скважинах НГД7 им. А.П.Серебровского ВПО "Каспморнефтегазпром" получен прирост добычи нефти 7322 т. и сокращен расход рабочего агента на 2700 тыс.м3.
Материалы диссертации и предлагаемые методы включены в руководство "Временное методическое руководство по проектированию и анализу разработки морских нефтяных, газовых и газоконденсатних месторождений", утвержденное Мингазпромом СССР (1980г.).
В приложении к диссертации приводятся акты внедрения с общим экономическим эффектом 73 тыс.рублей.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на:
І. Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче", посвященной ХТО съезду КПСС и XXX съезду КП Азербайджана, Баку, 1980г.
2. П областной теоретической школе-семинаре "Термодинамические методы в разведке, разработке и эксплуатации нефтяных и газоконденсатних месторождений Западной Сибири", г.Тюмень, 1983г.
3. Выездной конференции в БГДУ им.А.П.Серебровского, г.Баку, 1984г.
4. ІУ Всесоюзной конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче", Баку, 1984г.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, насчитывающей 78 наименований и приложения, содержит 84 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 69 рисунков.
Первая глава.
В практике эксплуатации скважин встречаются различные осложнения, обусловленные отложениями парафина и неорганических солей в подъемных трубах и наземном оборудовании. Газлифтный способ эксплуатации в настоящее время осложняется и тем, что он сопровождается увеличивающимися глубинами скважин, неравномерностью подачи жидкости в подъемнике. В связи с этим разработка и внедрение мероприятий, направленных на борьбу с вышеперечисленными осложнениями в скважинах, являются крайне необходимыми для повышения эффективности работы, а, следовательно, и КПД газожидкостного подъемника.
Во многих технологических процессах добычи нефти при движении в вертикальных потоках дисперсных систем при определенных условиях имеет место эффект миграции дисперсной фазы в направлении, перпендикулярном направлению основного потока. При том случае, когда дисперсной фазой являются газовые пузырьки, миграция последних к стенке трубы способствует возникновению так называв - 9 -мого "газового подшипника".
Исследовано влияние поверхностно-активных веществ на создание пристенного газового слоя в проницаемой трубе. Экспериментально показано, что малые добавки ПАВ к воде способствуют созданию устойчивого пристенного газового слоя, который приводит к значительному увеличению расхода жидкой фазы, достигающему до 10$.
В данной главе проведены также эксперименты по изучению влияния ПАВ на пропускную способность газожидкостного подъемника с внутренним гидрофобным покрытием.
Обработка экспериментальных данных показывает, что применение водных растворов ПАВ приводит к снижению гидравлических сопротивлений до 15-20$, что является следствием как миграции газовых пузырьков к стенки трубы, уменьшением плотности газожидкостной смеси, так и яшением турбулентных пульсаций.
С целью оперативного установления различия в результатах экспериментов проведены расчеты с применением непараметрических критериев распознавания образов, которые применены к результатам экспериментов по изучению миграции частиц, проведенных на растворах воды и трансформаторного масла с добавками ПАВ. По результатам вычислений можно утверждать, что добавка поверхностно-активных веществ к дисперсным системам при вертикальных потоках приводит к заметному увеличению так называемого " эффекта поперечной миграции".
Вторая глава.
Повышения эффективности работы газлифтных скважин можно добиться с применением малых добавок ПАВ с целью получения стабильной структуры газожидкостной смеси и сохранения его по всей длине подъемника. Стабилизации структуры газожидкостной смеси способствуют добавки поверхностно-активных веществ, применение которых
сводится к управлению поверхностными свойствами границы раздела фаз.
Применение в нефтепромысловой практике химреагентов оказывает существенное влияние на величину гидравлических сопротивлений. Наблюдающиеся при этом существенные уменьшения (до 60$) гидравлических потерь позволяет увеличить дебит жидкости скважины без увеличения рабочего агента. В отдельных случаях это дает возможность значительно снизить количество нагнетаемого рабочего агента и существенно улучшить процесс подъема газожидкостного потока.
При исследовании газлифтных скважин увеличение КПД газожидкостного подъемника связано с эффективным использованием рабочего агента в процессе подъема жидкости.
Для оценки эффективности использования нагнетаемого рабочего агента и влияния добываемого газа на работу газлифтных скважин применен метод идентификации с использованием аппарата взаимно-корреляционного анализа, с применением которого показана возможность более быстрого и полного растворения подаваемого в скважину газа, а, следовательно, эффективного использования рабочего агента в процессе подъема жидкости.
Полученные результаты исследований подтверждают предположения о том, что при работе газлифтных скважин энергия пластового газа играет положительную роль и должна учитываться при подаче рабочего агента.
В последнем параграфе данной главы приведены результаты промысловых исследований по оптимизации работы газлифтных скважин с применением различных ПАВ. На основе проведенных исследований выявлено, что применение ПАВ в газлифтных скважинах приводит к увеличению их производительности, уменьшению расхода рабочего агента.
Третья глава посвящена диагностированию и повышению эффектив - II ности работ газлифтных скважин.
В первом параграфе приведены результаты экспериментов по изучению возможности регулирования процесса фильтрации в неоднородной пористой среде путем гидрофилизации поверхности капилляров и влиянию эффекта гидрофилизации на процесс лифтирования.
Оценка эффективности проведенной обработки производилась сравнительным анализом работы газожидкостного подъемника, процесса восстановления давления газированной смеси.
В результате исследований было установлено, что в модели пласта, содержащей глинистые фракции, после проведения обработки его водным раствором ПАВ значительно улучшается проницаемость (до 33$) Воздействие на пористую среду водным раствором ПАВ и гидрофилизация поверхности капилляров положительно сказывается на работе лифта, то есть приводит к увеличению производительности, в среднем, до 20$.
Анализ результатов по восстановлению давления снятых на образце модели, содержащей глинистые фракции, указывает на уменьшение полного времени восстановления давления примерно в 2 раза для уровня давления Р = 3,2 Ша. Отмеченное происходит в модели пласта и при уровне давления Р = 1,2 МПа, причем полное восстановление происходит еще более интенсивнее.
В первом параграфе этой главы приводятся также результаты по изучению влияния ПАВ на процессы выделения и растворения газа в пористой среде.
Проведенные экспериментальные исследования процессов выделения - растворения газа в пористой среде, насыщенной газированным керосином, показывают, что в обработанной пористой среде петля гистерезиса сужается и уменьшается ее высота, что свидетельствует об уменьшении количества выделенного газа.
В данной главе приводится экспресс-метод диагностирования изменений в режимах работы компрессорных скважин, основанный на применении теории малой выборки»
С применением предлагаемого экспресс-метода исследования компрессорных скважин показано, что используя критерий Стькщента, Фишера-Снедекора и Кокрена можно провести диагностирование изменений в режимах работы скважин.
Представляет интерес диагностирование повышения эффективности работы газлифтных скважин с применением аппарата спектрального анализа. Каждая частота и соответствующий ему период колебания являются результатом проявления процессов, происходящих в пласте и скважине. Известно, что низкочастотные составляющие являются следствием процессов, происходящих в пласте, а высокочастотные - в скважине.
Исходя из анализа графиков спектральных плотностей дебитов жидкости и газа газлифтных скважин Ш 175, 261, 165, 234 НГДУ им.А.П.Серебровского ВПО "Каспморнефтегазпром" можно сделать вывод о том, что обработка призабойной зоны пласта водными растворами ПАВ улучшает работу газлифтных скважин, то есть приводит к более полному растворению накопившегося в призабойной зоне газа и выносу его на поверхность.
Скважина В 346 за последний месяц до обработки снизила дебит нефти с QH= 7 м3/сут до QH= І м3/сут при объеме закачки газа равном V = 30.000 м3/сут. Воздействие на пласт водным раствором ПАВ привело к восстановлению и резкому увеличению дебита нефти. Так, 45 суток спустя после проведенной обработки дебит нефти увеличился до 16-20 м3/сут, причем объем нагнетаемого газа за этот период был снижен до 17.000 м3/сут. Положительны результаты по 27 скважинам из 33, что составляет 82$ эффективности от проведенных работ. Исследования в 33 газлифтных скважинах ВГД7 им. А.П.Серебровского по обработке призабойной зоны пласта водными растворами ШБ приводят к увеличению дебита нефти в среднем на 10-15$, а дебита газа - 25-30$, использование которого позволяет значительно сократить объем нагнетаемого рабочего агента. Экономический эффект от внедрения указанных мероприятий составил 73 тыс.руб., что подтверждено соответствующими актами внедрения.
Исследование влияния ПАВ на эффект миграции частиц
Многие технологические процессы в нефтепромысловой практике связаны с вертикальными потоками дисперсных систем.
Известно, что при движении в вертикальных потоках указанных систем при определенных условиях имеет место эффект миграции дисперсной фазы в направлении, перпендикулярном направлению основного потока.
Миграция частиц поперек линий тока в вертикальном потоке вязкой жидкости, получившая название "эффект Сегре-Зильбербер-га", впервые наблюдалась Пуазейлем, который, исследуя течение крови в капиллярах, обнаружил вблизи их стенок ооласти, свободные от кровяных частиц (корпускул). Несмотря на то, что этот эффект наблюдался многими исследователями, однако первыми провели непосредственное визуальное наблюдение за перемещениями частиц в потоках Сегре и Зильберберг l_77j. В проведенных ими опытах использовались суспензии, отличавшиеся друг от друга размерами частиц ( d 0,32-КГ3; 0,80-ІСГ3; 1,21-ІСГ3 и 1,71 ІСГ3 м). Плотность этой смеси подбиралась равной плотности полиметилметакрилатшх шариков - 1178 кг/м3, вязкость колебалась в пределах 17-Ю"3 - 410-10-3 Па с. Концентрация частиц менялась от 0,33 до 0,4-10" частиц/м3, то есть объемная концентрация не превышала 3-4$. Опыты проводились в вертикальной трубе с внутренним радиусом R = 5,6 ПГ3 м, число Рейнольдса в трубе составляло менее 30. На основе проведенных исследований Сегре и Зильбербергом установлено, что область повышенной концентрации находится у стенки трубы, который объяснялся авторами взаимодействием шариков со стенкой. Ими также было выявлено, что экспериментальные данные лучше коррелируются, если принять скорость поперечной миграции пропорциональной третьей степени радиуса частиц. Наблюдаемое распределение частиц несколько расходится с принципом минимума диссипации энергии, выдвинутом Джеффри, согласно которому частицы должны были бы концентрироваться вдоль оси трубн.
Исследованиями вертикальных потоков суспензий, проведенными Джеффри и Пирсоном [253 для случая нейтрально плавающих частиц, были подтверждены наблюдения Сегре и Зильберберга о том, что они концентрируются в узкой кольцевой области, находящейся на расстоянии 0,6 радиуса от оси трубы.
В случае, когда удельный вес частиц превышал удельный вес дисперсной среды, состоящей из смеси глицерина с водойї в восходящем потоке частицы перемещались к оси трубы, а в нисходящем -к стенкам. В опытах использовались полиметилметакрилатные шарики с плотностью р 1193 кг/м3. Вязкость смеси менялась в пределах 10 І03 4- 50-КГ3 Па с. Внутренний диаметр трубы равнялся 3,25 ІСГ м, а число Рейнольдса в трубе составляло 10 - 80.
Мод и Ерн \-А9J провели опыты по исследованию восходящего движения суспензий, состоящих из сферических частиц, взвешенных в смеси воды, глицерина и бутандиола. Плотность смеси подбиралась равной плотности частиц, изготовленных из сополимера стирола и дивинилбензола. Диаметр трубы равнялся 17Ю" 3 м, средний размер частиц - 0,78«ІОН3.
В результате проведенных исследований, авторами было обнаружено, что непосредственно у входа в трубу образуется пик концентрации частиц, который увеличивается по ходу движения на расстоянии, примерно равном длине начального участка. Отмеченный эффект отличается от эффекта, наблюдаемого Сегре и Зильбербер-гом. При этом турбулизация потока, а также увеличение концентрации примерно до 40-Ю6 частиц/м3 приводят к исчезновению эффекта миграции. Образование пристенного пика концентрации при входе в трубу объясняется авторами взаимодействием частиц со стенками трубы. Авторами также отмечается, что при определенных условиях пристенный пик концентрации может существовать одновременно с кольцевой зоной повышенной концентрации, обнаруженной Сегре и Зильбербергом. В рассмотренном случае распределение частиц будет иметь два ярко выраженных максимума по радиусу трубы.
Изучению влияния вращения частиц на поперечную миграцию в ламинарном потоке вязкой жидкости посвящены исследования Оливера L 75]. Автор в проведенных опытах использовал систему, состоящей из метилметакрилатных шариков диаметром 0,23 10 4-0,34 10 м, суспензированных в водном растворе азотнокислотяо-го свинца. Просверливанием небольшого отверстия на одной стороне шарика предотвращалось вращение частицы. При этом центр тяжести сферы смещался, препятствуя вращению частицы.
Автором было показано, что вращающиеся сферы достигают равновесного положения на расстоянии 0,5 0,6 радиуса от оси трубы, в то время как невращающиеся сферы двигались ближе к оси трубы. Для симметричных частиц ось трубы являлась положением неустойчивого равновесия - при небольшом смещении начиналось вращение сферы и ее движение от оси трубы к стенке. Для ассиметричных частиц было очевидно, что вращение усиливало движение частиц от оси; когда, по мере удаления от входа в трубу, вращение прекратилось, частица начинала двигаться обратно к оси трубы, которая являлась положением устойчивого равновесия для ассиметричной сферы.
Были проведены опыты с нейтрально плавающими и тонущими частицами, В нисходящих потоках жидкости тонущие частицы обнаруживали тенденцию двигаться от оси трубы, при этом достигаемое положение устойчивого равновесия находилось весьма близко к стенке. Всплывающие частицы медленно двигались к оси трубы.
Эффект миграции частиц проявляется и при течении вязкоплас-тичных жидкостей, что экспериментально установлено в L Ь J , В поставленных опытах применялась жидкая фаза, представляющая собой смесь трансформаторного масла с вапором, дисперсной фазой служили сферические частицы полиэтилена диаметром и= 0,3-Ю"2 м, плотностью р- 980 кг/м3. Было установлено, что с увеличением значения предельного градиента сдвига Lo эффект Сегре-Зильбер-берга постепенно пропадает. Это объясняется тем, что при больших значениях Lo % порядка 2,0 + 2,5 кг/м2, частицы "вморожены" в жидкость и не имеют относительной скорости.
В работе проводились исследования по изучению восходящего потока смеси воды и азота в вертикальной трубе при относительно малых (до 10$) объемных газосодержаниях. Было выявлено, что при числах Рейнольдса К= 14000 вблизи стенок образуется
Оценка влияния малых добавок ПАВ на про цесс миграции в трубах с внутренним покрытием
При осуществлении процессов нефтедобычи широко применяются покрытия поверхности металла стеклом, эпоксидными компаундами, различными лакокрасочными материалами, эмалями и т.д.
Нанесение таких покрытий приводит к снижению шероховатости поверхности металла, но при этом несколько уменьшается внутренний диаметр труб. Кроме того, покрытие труб материалами, обладающими гидрофобными свойствами, значительно изменяет смачиваемость их поверхности жидкостью, что способствует изменению гидравлической характеристики потока.
Для оценки влияния таких покрытий на коэффициент гидравлических сопротивлений и, следовательно, на пропускную способность труб А.М.Хасаевым были проведены лабораторные и промысловые исследования [6ft 70].
В лабораторных условиях для опытов автором были использованы металлические трубочки диаметром 3,07 КГ3 м и длиной 3,51-Ю"1 м. Пресная вода в этих трубочках двигалась при турбулентном режиме (значение критерия Рейнольдса при этом изменялось в пределах 5000-100000). После проведения опытов на обычных трубах на внутреннюю поверхность был нанесен клей БІ-2.
Результаты обработки экспериментальных данных указывают на уменьшение коэффициента гидравлических сопротивлений А при движении воды в трубах, покрытых этим клеем, в пределах значений Re= 7000-50000 на 12$.
Исследования влияния покрытия труб на гидравлическую характеристику многофазного потока были проведены на месторождении Узень, где широко применяются остеклованные и покрытые лакокрасочными материалами трубы. Для этого была исследована эк спериментальная установка, собранная из горизонтально расположенных и параллельно соединенных между собой труб диаметрами 40,3-КГ3, 50,3-Ю" 3 и 62-ІСГ3 м и длиной 50 м, покрытых клеем БШ-2 и эпоксидной смолой. К системе были подсоединены также остеклованные трубы тех же диаметров. Установка была подключена к выкидным линиям фонтанной скв. 1254, эксплуатирующей одновременно-раздельно ХШ и ХІУ горизонты.
Проведенными исследованиями была установлена возможность применения вязко-пластичной модели для определения характеристики движения смеси газ + неньютоновская нефть.
ДЛЯ изучения гидравлических сопротивлений в качестве параметров подобия были использованы обобщенный критерий Рейнольдса и Фруда. Коэффициент гидравлических сопротивлений определяли путем обработки опытных данных, полученных на экспериментальной установке по формулам [Ml.
Исследованиями установлено, что смесь в трубах движется при турбулентном режиме; При этом коэффициент гидравлических сопротивлений /ьдля труб с эпоксидным покрытием и остеклованных, согласно полученным данным, меньше, чем у обычных труб соответствующего диаметра.
В результате математической обработки полученных зависимостей автором было установлено, что значения А для газожидкостных смесей, движущихся при турбулентном режиме в трубах, внутренняя поверхность которіх покрыта эпоксидной смолой, снижается на 10-20$. При этом уменьшение внутреннего диаметра труб за счет нанесения покрытия не учитываются, так как толщина его слоя составляет сотые доли процента диаметра труб.
Таким образом, согласно [69] . а такжепри покрытии поверхности труб эпоксидной смолой, то есть при гидрофобиза ции внутренней поверхности труб уменьшается гидравлическое сопротивление в них, а это приводит к увеличению пропускной способности труб.С целью изучения влияния малых добавок ПАВ на гидравлические характеристики труб с внутренним покрытием были проведены экспериментальные исследования»
Схема экспериментальной установки представлена на рис.1.13. Она состоит из газожидкостного подъемника I, замерной стеклянной трубки 2. Газожидкостные смеси приготавливались в цатурато-ре 5. Для приготовления смеси использовался углекислый газ С02, а для поддержания давления в цатураторе - воздух. Объемы выделенных газов замерялись по газовому счетчику 4 типа 1№-6, перепад давления в газожидкостном подъемнике измерялся с помощью ртутного дифференциального манометра 3. Различные режимы устанавливались с помощью регулировочного вентиля 6.
Для визуального наблюдения за процессами, происходящими в потоке газожидкостной смеси в качестве подъемника I была использована прозрачная труба. Герметичность системы обеспечивала сохранение постоянства концентрации дисперсной фазы.
Опыты проводились по следующей методике. Газожидкостная смесь приготавливалась в цатураторе 5 при давлении 0,5-0,8 МПа. В качестве дисперсионной среды использовалась водопроводная вода и трансформаторное масло, а в качестве дисперсной фазы -углекислый газ С02 Газожидкостная смесь после тщательного перемешивания в цатураторе подавалась в стеклянную трубу I при постоянном давлении, которое поддерживалось посредством воздушного баллона 7. После установления различных режимов движения по показаниям дифференциального манометра высокого давления 3 и стекляннной трубы 2 замерялись перепады давления (АН) и объемные расходысмеси (Qx , Qr ) Используя зависимость , полученной экспериментально, по известному соотношению Дарси-Вейсбаха определялся коэффициент гидравлического сопротивления при различных режимах и формах движения потока Изменение расхода восходящего потока газожидкостной смеси осуществлялось при помощи регулировочного вентиля 6.До проведения опытов с применением поверхностно-активных веществ, эксплуатационная установка тарировалась на водопроводной воде. Результаты проведенных опытов приведены на рис.I.14-I.I8.
На рис,I.14 представлены зависимости для обычной и покрытой эпоксидной смолой труб при движении в них 0,1#-яого водного раствора ШШ ОП-Ю.Газожидкостная смесь в этих трубах двигалась при турбулентном режиме, соответствующем изменению критерия Рейнольдса в пределах 26004-30000 Как видно из рис. 1 14 добавка к воде 0,1$ ОП-Ю цриводит к значительному уменьшению коэффициента гидравлических сопротивлений.
При движении смеси в пределах значений Re = 5000-10000 ко-эффипиент гидравлического сопротивления уменьшается на 40$ для обычной трубы и на 605 для трубы с внутренним покрытием.
На рис.1.15-1.16 представлены зависимости ДЛЯприведенных на рис.1.15 зависимостей видно, что по мере увеличения значений Рейнольдса в пределах 3000-8000 коэффициент гидравлических сопротивлений Л- для гидрофобных труб уменьшается вдвое по сравнению с обычной трубой (при /?е= 6000).При добавке к воде 0,3$ ОП-Ю коэффициент гидравлических
Изучение влияния ПАВ на гидравлические сопротивления газожидкостного потока
В настоящее время эксплуатация скважин газлифтным способом приобретает все большее значение, В связи с этим повышение эффективности работы газлифтных скважин является весьма актуальной задачей, [671
Повышения эффективности работы газлифтных скважин, помимо применения эмульсионных систем и ввода в затрубное пространство совместно с рабочим агентом (сжатым газом) двухфазной пены, можно добиться также с применением малых добавок ПАВ,
Применение в нефтепромысловой практике химических реагентов оказывают существенное влияние на величину гидравлического сопротивления. Наблюдающиеся при этом существенное уменьшение гидравлических потерь позволяет увеличить дебит жидкости скважины без увеличения рабочего давления. В отдельных случаях это дает возможность значительно снизить количество нагнетаемого рабочего агента и существенно улучшить процесс подъема газожидкостного потока.
Сущность улучшения эффективности-работы газлифтных скважин, а следовательно, повышения КЦД лифта, заключается в следующем. При применении малых добавок ПАВ образовавшаяся пена, обладая свойствами микродисперсной среды, обращает структуру потока из пробковой в эмульсионную, при которой почти полностью предотвращается проскальзывание пузырьков газа при лифтировании газожидкостной смеси. Уменьшение до минимума относительной скорости газа приводит к заметному уменьшению плотности смеси и связанного с этим гидростатического давления столба газожидкостной смеси. Предотвращение проскальзывания пузырьков газа при подъеме газожидкостной смеси происходит вследствие того, что пузырьки газа, покрытые мономолекулярной пленкой ПАВ, обладая устойчивостью к коалесценции, двигаются в жидкости как твердые шарики, но с плотностью меньшей плотности жидкости. Кроме этого пузырьки газа заполняют шероховатости и неровности на поверхности подъемных труб и способствуют созданию такого случая, когда когезионные силы жидкости оказываются более значительными, чем адгезионные и пограничный слой смеси как бы скользит по твердой поверхности. Поэтому присутствие в жидкости легко сжимаемой фазы в сочетании с эффектом пограничного газового слоя может уменьшить потери на трение. Исследования ьЦ 64], где приводятся результаты по снижению потерь давления на трение при движении газожидкостных смесей доказывают высказанные выше предположения. Причем, как указывается в L55J , потери давления на трение для эмульсионных структур имеют наименьшее значение.
Одной из существенных в области изучения действия ПАВ на процесс лифтирования является работа Н.В.Репина и Г.А.Бабаляяа \_65jt Авторы на основе большого объема экспериментальных исследований приходят к выводу, что с вводом в жидкую фазу поверхностно-активных веществ КПД лифта увеличивается. Это объясняется авторами тем, что большая дисперсность газа и малая скорость коалесценпии газовых пузырьков уменьшают относительное движение газа и тем самым сводят к минимуму утяжеление столба газожидкостной смеси в лифте, что указывает на заметное снижение гидравлических сопротивлений.
Надо отметить, что указанная работа l_bbj имеет ряд недостатков, существенным из которых является применение водовоздуш-ных смесей, которые из-за малой растворимости воздуха не дают полную картину происходящих в газожидкостном подъемнике процессов. Как известно L Ы] , движение газожидкостной смеси в стволе фонтанной и компрессорной скважин сопряжено неравновесностью процесса вследствие выделения газа из нефти. Непосредственными измерениями подтверждено, что влияние неравновесности может быть существенным.
С целью изучения влияния малых добавок ПАВ на гидравлические сопротивления газожидкостного потока были проведены исследования. Схема и описание экспериментальной установки приведены в разделе 4 первой главы.
Результаты исследований приведены на рис.2.9-2.14.
Из приведенных на рис.2.9 кривых видно, что малые добавки к воде поверхностно-активных веществ ШК, сульфонол и 0П-І0 концентрации 0,1$ приводит к заметному снижению гидравлических сопротивлений, при этом для значения $е= 8000 снижение Л. составляет соответственно 57,5, 50 и 40$. Увеличение концентрации ОТК до 0,3$ (рис.2.10) приводит к дальнейшему снижению коэффициента гидравлических сопротивлений ( с А. = 0,017 до L- 0,014).На рис.2.II приводятся зависимости A.=f (ке), построенные по результатам исследований проведенных на смесях трансформаторное масла + ПАВ. Применение ПАВ малой концентрации (0,02)) снижа ет коэффициент гидравлических сопротивлений в среднем на 35$.
Результаты проведенных опытов были использованы для получения и исследования зависимости темпа изменения давления от критерия Рейнольдса (рис.2.І2-2.І4).
Согласно приведенным на рис.2.12 результатам, применение водного раствора 0П-І0 концентрации 0,1$ приводит к уменьшению темпа изменения давления почти в 3 раза.Надо отметить, что при всех опытах добавки поверхностно-активных веществ приводила к уменьшению показателя Аг/Ьщ Наибольшее снижение темпа изменения давления было получено при применении ШК концентрации 0,1$ от объема жидкости, которое составило более 75$. Как видно, из рис. 2.13, увеличение концентрации ПАВ до 0,3-0,5$ заметному снижению Аг/t не приводит.
Рассматривая результаты исследований при малых добавках поверхностно-активных веществ выявляется оптимальная концентрация ПАВ, которая равна 0,1$.
При исследовании газлифтных скважин увеличение КПД газожидкостного подъемника связано с эффективным использованием рабочего агента в процессе подъема жидкости. Весьма показательным является сопоставление работы двух идеальных подъемников - фонтанного и компрессорного, которое приводится в \А1 \ # Предположив,что фонтанный и компрессорный подъемники имеют одну и ту же длину и давление у башмака и устья одинаково, авторы приводят следующее выражениегде \т0- газовый фактор в нормальных условиях (при давлении Ро= 0,1 МПа); RD- удельный расход газа, приведенный к нормальным условиям; оС - коэффициент растворимости; г , / - давление
Экспресо-метод диагностирования изменений в режимах работы нефтяных скважин
Оперативный контроль и регулирование различных технологических процессов нефтедобычи возможны на основе применения новых -диагностических методов с использованием данных текущей промысловой информации L52], Данная работа посвящена диагностированию изменений в режимах работы компрессорных скважин. С этой целью проведена систематизация результатов промысловых исследований, проведенных в НГДУ "Орджоникидзенефть" ПО "Азнефть". Как показывают исследования, основные показатели работы компрессорных скважин (дебит жидкости, расход нагнетаемого агента, рабочее давление) в малые промежутки времени изменяются незначительно, в целом оставаясь случайными величинами на более длительном интервале. При этом наблюдаются значительные колебания, достигающие до 30$ и более [45]. Регулирование работы компрессорных скважин, как известно, достигается путем изменения рабочего давления, расхода нагнетаемого агента, диаметра штуцера, очистки ствола скважин, призабойной зоны и т.д.
В данной работе приведены результаты исследований по изменению в режимах работы скважин при применении различных поверхностно-активных веществ на примере скв. Ш 926, 1618 и 1669 НГД7 "Орджоникидзенефть" (табл. 3.1-3.3). В таблицах приведены замеры дебита жидкости и расхода нагнетаемого агента, снятые с интервалом 0,5 часа и охватывающие периоды до применения ПАВ, во время его применения и после. Таким образом, для каждой из приведенных скважин имеют место три системы измерений. Экспресс-метод диагностирования изменений в режимах работы скважин основывается на применении теории малой выборки L23] . Суть применения данного метода заключается в следующем:1. Оценивается состояние каждой из систем измерений в отдельности по информации о дебитах жидкости и расхода нагнетаемого агента;2. Диагностируется различие отмеченных систем измерений между собой.
Последовательная реализация указанных пунктов позволяет судить об однородности каждой из систем измерений, а также диагностировать изменения в режимах работы. Использование данного метода сводится к определению по малому числу замеров ( П 4 5) основных статистических параметров выборок - математического ожидания ( MQ , My) и дисперсии ( $OQ9 $bv)» Далее производится их альтернативная оценка. Таким образом, каждая из систем измерений подразделяется на 4 подсистемы, состоящих из /1 = 5 замеров.
Проиллюстрируем вышесказанное на примере расчетов по информации о работе скв. № 926. Из таблицы "/ видно, что дебит жидкости изменяется в достаточно широких пределах (0,413 4 0 1,8-10 1 /0 4 0,758)
Колебания при этом достигают 45$ при малых изменениях расхода нагнетаемого агента
Оценим последовательно значимость отличия математическогоожидания дебита жидкости каждой из подсистем измерений. Задачасводится к проверке при заданном уровне значимости оС нулевой гипотезы равенстве двух средних нормальных совокупностей с неизвестными дисперсиями (для случая выборок одинакового объема) при конкурирующей гипотезе М(Х) =М(У).
Вычисляется наблюдаемое значение критерия:распределения Стьюдента по заданному уровню значимости ОС и числу степеней свободы К- і находится Значение КрИТИЧеСКОЙ ТОЧКИ tg&.icp. fa/ К)шЕсли ІІнабл Ьав.кр. нет оснований отвергать нулевую гипотезу»
Если І Іна5/і\ С-дв.кр. - нулевую гипотезу отвергают.Затем последовательно значения дебита жидкости первых двух подсистем измерений:При уровне значимости оС= 0,05 установим значимо или незначимо различаются результаты измерений.
Вычитая из чисел первой строки числа второй, получим: d, 0, выборочную среднюю OL , входящую в ( ): -г lbd.LУчитывая, что"исправленное" среднее квадратичное отклонение S , также входящее в ( ): __1Вычислим наблюдаемое значение критерия:
По таблице критических точек распределения Стьюдента, по уровню значимости оС= 0,05 и числу степеней свободы К = 5-І = 4 находим критическую точку Тд&.кр. (0,05; 4) = 2,78. Так вв&1Тна5 1 Сдв.кр. - нет основания отвергать нулевую гипотезу. Другими словами, результаты измерений различаются незначимо.Для сравнения точности измерений можно воспользоваться сравнением дисперсий. При этом задача сводится к проверке при заданном
