Введение к работе
Актуальность работы. Современное состояние нефтедобычи в Западной Сибири подошло к тому, что предприятия вынуждены эксплуатировать месторождения, которые находятся на поздней стадии разработки, либо характеризуются сложными условиями залегания.
Статистика отказов электроцентробежных насосов (ЭЦН), приводимая предприятиями нефтедобычи, свидетельствует, что основные причины преждевременного выхода погружной установки из строя связаны с действием осложняющих факторов эксплуатации. Так, в соответствии с данными ОАО «Самотлорнефтегаз», основной причина отказов ЭЦН является агрессивная среда (коррозия) (13,4%), мехпримеси (27,5%), твердые отложения (24,5%), субъективные причины (20%), оборудование (14,6%). Представленный набор факторов, как правило, остаётся неизменным для разных групп месторождений, с возможной вариацией долевых пропорций.
Одной из основных причин сокращения межремонтного периода оборудования практически во всех нефтяных компаниях является вынос мехпримесей. Перекачка погружной установкой нефтяного потока с высоким содержанием взвешенных частиц может приводить к засорению проточных каналов рабочих органов ЭЦН, ускоренному абразивному износу узлов, оседанию мехпримесей в нижней части насоса, что в итоге ведет к сокращению периода наработки на отказ силовой установки.
Значительный вклад в исследование различных аспектов проблемы по повышению эффективности эксплуатации скважин с ЭЦН внесли следующие ученые и инженерно-технические работники: В.А. Амиян, А.А. Богданов, В.А. Ведерников, И.В. Генералов, Ш.К. Гиматудинов, В.И. Грайфер, СИ. Грачев, Ю.В. Зейгман, В.Н. Ивановский, Л.В. Игревский, Л.С. Каштан, М.Л. Карнаухов, Р.Я. Кучумов, B.C. Линев, П.Д. Ляпков, В.П. Максимов, Д.В. Маркелов, А.Х. Мирзаджанзаде, И.Т. Мищенко, И.М. Муравьев, М.Н. Персиянцев, И.Г. Соловьев, А.П. Телков, К.Р. Уразаков, В.Н. Филиппов, А.К. Ягафаров и др.
В условиях всеобщей информатизации существующие методики и алгоритмы подбора стали реализовываться в программных комплексах, что повысило скорость и точность проведения расчетов. Наибольшее практическое применение по подбору насосного оборудования нашли такие программные комплексы как «SubPUMP» (Petroleum bifonnation Dwight's), «WellFlo» (Edinburg Petroleum Sendees), «PIPESIM» (ScMumberger), «Автотехнолог» (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), «НАСОС» (БашНИПИнефть), «NeoSel-Pro» (Новомет-Пермь) и «YECN» (Нефтеспецтехника).
Одним из наиболее распространённых программных комплексов среди нефтяников является «PIPESIM», который позволяет пользователю производить корреляцию многофазных потоков для точного расчета гидравлических потерь напора в подъёмнике, режимов течения, оценивать PVT диаграммы свойств флюида, определять наиболее подходящий способ механизированной добычи, производить подбор насосного оборудования и т.д.
Пример данного программного комплекса свидетельствует, что область вопросов решаемых при помощи таких программ довольно обширна, а физические и математические модели, положенные в основу являются весьма емкими, что создает дополнительную сложность в процессе их настройки. Задача подбора погружного оборудования сводится к выбору рационального типоразмера насоса из условия постоянства скважинных параметров на всем периоде работы, без учета их возможного дрейфа, вызванного эксплуатационными условиями, а расчет последствии от неноминальных условий учитывается в качестве обособленного модуля. При этом не вводится обобщенный целевой показатель, который позволил бы оценивать конкурентные решения с учетом экономической политики предприятия. Стоит заметить, что программные комплексы настраиваются по исходным данным проектирования и не ориентированы на оперативное обновление параметров по реальным данным промысловой эксплуатации.
Обозначенные проблемы позволяют заключить, что оптимальная политика обустройства и эксплуатации обязывает рассчитывать возможные последствия от работы системы в неноминальных условиях, что следует учитывать одновременно в проектах разработки и обустройства.
Цель работы: Совершенствование подходов и методов расчета параметров обустройства скважин погружными электронасосами в осложненных условиях выноса мехпримесей.
Задачи исследования.
Обоснование и модернизация базовой гидростатической модели производительности скважинной системы обустроенной электронасосом.
Дооснащение базовых соотношений блоками, учитывающими:
динамику деструкции (снижения) притока;
динамику механического износа и засорения рабочей зоны насоса;
суммарную динамику освоения эксплуатационного ресурса.
Формализация задачи оптимального обустройства с введением функционала качества.
Разработка алгоритма решения вариационной задачи.
Объектом исследования является гидростатическая модель скважинной системы на нефть, обустроенной погружным электроцентробежным насосом.
Предметом исследования является методика расчета оптимальных параметров обустройства скважины электронасосом с учетом деструктивных воздействий выносов мехпримесей.
Новизна полученных результатов.
— Представленная формализация задачи выбора параметров обустройства
скважины с электронасосом устанавливает оптимальные пропорции
между:
производительностью системы,
вызванными последствиями выносов мехпримесей,
наработкой на отказ погружного оборудования.
— Доказано, что экономически выгодный, минимальный по условию срыва
подачи уровень подвески насоса определяется видом и интенсивностью
деструктивных проявлений. В частности, при абразивном износе и
засорении минимальное погружение рассчитывается по состоянию
параметров системы в начале эксплуатации, а в случае падения
продуктивности притока расчет осуществляется по состоянию
параметров на момент отказа.
Положения, выносимые на защиту.
Комплексная модель скважинной системы, дополненная блоками динамики деструкции притока, рабочих характеристик насоса и динамики освоения эксплуатационного ресурса электронасоса в условиях выноса мехпримесей.
Правило построения критерия оптимального обустройства и эксплуатации скважины на периоде до отказа электронасоса с индивидуальными настройками коэффициентов затратности предприятий.
Симплекс-алгоритм и вычислительная методика подбора оптимальных параметров насоса по номинальному расходу, напору и глубине подвески с прогнозом графиков полного вектора состояния системы до момента отказа и оценкой ущерба от деструктивных следствий выносов. Практическая значимость работы.
Разработанная методика расчета оптимальных параметров обустройства и режима эксплуатации скважины устанавливает экономически выгодные пропорции между показателями механической устойчивости притока, искомой производительностью и наработкой на отказ погружного
оборудования, что важно для согласованной политики геологических и технологических служб производства.
Результаты вычислительного анализа свидетельствуют, что практика максимально допустимых отборов с предельными уровнями заглубления, как правило, неоптимальна. — Разработанные средства модельного анализа деструкции притока, рабочих характеристик насоса и динамики освоения ресурса системы существенно расширяют регулировочные потенциалы технологий нефтедобычи в режиме реального времени. Уровень сложности модельных решений с минимальным количеством настраиваемых параметров позволяет сопровождать и эксплуатировать системные решения по месту в рамках информационных ресурсов самого предприятия.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа отражает результаты математических исследований в доопределении закономерностей функционирования сложной системы, связанной с учётом действия расширенного поля факторов эксплуатации с последующим использованием комплексной модели для совершенствования алгоритма принятия решений по оптимизации параметров обустройства скважины. Область и результаты исследований соответствуют п.2 -«Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», п.З - «Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», и п.4 - «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации» паспорта специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации.
Достоверность и обоснованность результатов. Результаты исследований по построению комплексной модели скважинной системы, включая модель нагрева двигателя, миграции и выноса мехпримесей, динамики осадконакоплений, абразивного износа и деструкции притока, базируются на классических законах гидравлики, гидромеханики центробежных насосов, линейной фильтрации, балансах тепломассообменов с динамикой кумулятивной трансформации первого порядка.
Модель динамики освоения эксплуатационного ресурса конструируется по правилам линейной регрессии с выделением главных факторов ускоренного износа по отклонению от номинальных уставок эксплуатации.
Формализация задачи оптимального выбора соответствует системным правилам построения вариационных задач с введением интегрального функционала качества (прибыль) и уравнений связи (комплексная модель).
Сформулированные правила выбора оптимальной глубины подвески сопровождаются полной аналитикой вывода.
Алгоритм решения вариационной задачи выбора оптимального типоразмера насоса с расчетной глубиной подвески реализован по схеме перебора допустимых решений в направлении максимизации прибыли (симплекс-метод). Каждая поисковая итерация, связанная с восстановлением интеграла качества, основана на численном интегрировании нелинейно-дифференциальных уравнений связи на полном интервале наработки на отказ.
Реализация результатов. Вычислительные схемы анализа работы скважинной системы, разработанные правила и алгоритмы оптимального подбора оборудования реализованы в программной среде «MATLAB 7.0.1». Созданные образы визуально-графического анализа могут быть использованы в учебном процессе как лабораторный базис по курсу «Автоматизация технологических процессов».
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на конференциях: XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технология» (Томск, 2009г.); IV Всероссийская научно-техническая конференция «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании» (Тюмень, 2010г.); VII Всероссийская научно-техническая конференция «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна» (Тюмень, 2011г.); Региональная научно-техническая конференция «Компьютерное моделирование и системный анализ в нефтегазовой отрасли и образовании» (Тюмень, 201 lr.);VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна» (Тюмень, 2012г.); ежегодных совместных конференциях аспирантов Института геологии и нефтегазодобычи ТюмГНГУ и ИПОС СО РАН (Тюмень, 2011-2013гг.); ежеквартальных семинарах кафедры АВТ (Тюмень, 2010-2013гг.).
Публикации. Результаты выполненных исследований отражены в 13 печатных работах, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 118 страницах, включает 37 рисунков и 12 таблиц. Список литературы насчитывает 100 наименований.
Похожие диссертации на Оптимизация подбора оборудования скважин с учетом прогноза надежности
