Разработка физико-математической модели процесса освоения скважин с помощью УЭЦН Мальцев, Никита Валерьевич

Введение к работе

Актуальность темы. Освоение скважины - комплекс технологических и организационных мероприятий, направленных на перевод простаивающей по той или иной причине скважины в разряд действующих. Выводом скважин на установившийся режим эксплуатации принято называть процесс освоения скважин, в частности, оборудованных установками электроцентробежных насосов (УЭЦН), после бурения, текущего или капитального ремонта.

При выводе скважины на режим существуют значительные риски выхода УЭЦН из строя и ухудшения ресурсных возможностей погружного оборудования. Связано это со следующими особенностями:

1. В начальный период освоения может отсутствовать приток жидкости из пласта в скважину. В связи с этим, значительная часть тепловой энергии, выделяющейся при работе погружного электродвигателя (ПЭД) в составе УЭЦН, расходуется на его нагрев. Современные асинхронные ПЭД обычного исполнения, используемые в составе УЭЦН, возможно эксплуатировать при температурах до 120 С, высокотермостойкого исполнения - до 150 С. При длительной работе подобных электродвигателей в скважине в условиях недостаточного охлаждения возникает риск их перегрева и выхода УЭЦН из строя.

Данный факт осложняется тем, что измерение температуры ПЭД при выводе скважины на режим возможно только при наличии в составе УЭЦН специальных глубинных датчиков. В случае отсутствия подобных датчиков, во время освоения скважины необходимо непрерывно осуществлять контроль скорости потока скважинных флюидов, охлаждающих ПЭД, что также проблематично ввиду отсутствия распространенных методик расчета притока жидкости в скважину при нестационарных процессах.

С целью предотвращения перегрева ПЭД установку периодически останавливают на охлаждение, после чего производится ее повторный пуск. В данном случае, кроме увеличения времени вывода скважины на режим, происходит также и снижение ресурса УЭЦН. Связано это с тем, что многократные пуски насосной установки вследствие высоких значений пусковых токов асинхронного ПЭД приводят к снижению наработки УЭЦН на отказ и, соответственно, к уменьшению межремонтного периода работы скважины. Данный факт приводит к увеличению затрат компаний на проведение ремонтных работ по смене вышедшей из строя насосной установки и к уменьшению коэффициента эксплуатации скважины.

1. Еще одним фактором, осложняющим процедуру вывода скважины на режим, является наличие в откачиваемой насосом смеси свободного газа. В зависимости от газосодержания откачиваемой смеси характеристики ЭЦН могут существенно изменяться. В связи с этим, в процессе пуска скважин с высоким газовым фактором в определенных условиях возможен срыв подачи ЭЦН и выход из строя насосной установки. Зачастую при невозможности освоения подобных скважин в состав УЭЦН вводятся специальные устройства, уменьшающие негативное влияние свободного газа на характеристики насоса, что иногда значительно увеличивает стоимость насосной установки.

2. При освоении скважин, эксплуатирующих залежи со слабосцементированным коллектором, либо скважин после проведения гидроразрыва пласта (ГРП) важно не допускать резкого изменения забойного давления в начальный период вывода скважины на режим. При несоблюдении данного условия возникает большой риск попадания в ЭЦН значительного количества механических примесей, что также может привести к выходу насосной установки из строя.

Помимо перечисленных сложностей, в настоящее время ограничены и возможности управления процессом освоения скважин, оборудованных УЭЦН. В настоящее время регулирование процесса вывода скважины на режим возможно только с помощью двух операций: пуск - отключение УЭЦН и изменение частоты питающего тока электродвигателя. Регулирование частоты питающего тока установки, а соответственно, и частоты вращения вала электродвигателя, возможно при наличии в составе станции управления частотного преобразователя либо при использовании в качестве электропривода УЭЦН вентильного двигателя. Однако, в настоящее время нет однозначности при решении вопросов: «с какой частотой вращения вала электродвигателя предпочтительнее производить вывод скважины на режим?» и «возможно ли сократить количество пусков УЭЦН при освоении скважины?». Очевидно, что решение данных задач сильно зависит от особенностей эксплуатации каждой скважины. Однако, в настоящее время даже для условий эксплуатации конкретной скважины ответить на поставленные вопросы затруднительно.

Таким образом, вывод скважины на режим - это комплекс важнейших технологических процедур, связанный с определенными рисками потери работоспособности УЭЦН. Верные инженерно-технологические решения в данном процессе должны обеспечить последующую стабильную работу УЭЦН в скважине без потери ресурсных возможностей погружного оборудования.

Однако, несмотря на большую значимость описываемого процесса, в настоящее время возможности планирования работ по пуску скважины не всегда используются на практике. В связи с этим, процесс вывода скважины на режим иногда затягивается во времени, количество пусков и отключений УЭЦН увеличивается, что ведет к снижению наработки оборудования на отказ и завышенному расходу электроэнергии. Также ввиду неполного и неэффективного планирования данных работ, сокращается возможность оптимизации рассматриваемого процесса: сокращение времени вывода скважины на режим, уменьшение потребления электроэнергии при пуске установки, либо неснижение гарантированного ресурса УЭЦН.

Несмотря на явный интерес к обозначенной теме промысловых работников в некоторых нефтедобывающих регионах, данной проблеме в настоящее время уделяется недостаточно внимания со стороны отраслевой науки.

Для обеспечения возможности планирования работ по выводу скважин, оборудованных УЭЦН, на установившийся режим работы в диссертации рассмотрена физико-математическая модель системы «пласт - скважина - погружное оборудование», позволяющая прогнозировать изменение во времени основных технологических параметров работы скважины при ее освоении.

Иными словами, в работе рассмотрена разработка физико- математической модели процесса вывода скважины на режим. После внесения в нее исходных данных и сценарных условий (времени остановок и пусков УЭЦН, частоты вращения вала электродвигателя в различные интервалы времени) с помощью модели рассчитывается «поведение скважины» при ее освоении. Т.е. рассчитывается изменение во времени основных технологических параметров работы скважин, таких как давление на приеме УЭЦН, забойное давление, динамический уровень жидкости в затрубном пространстве, приток жидкости из пласта в единицу времени и пр.

Исходя из вышесказанного, сформулированы цель и основные задачи исследований.

Цель работы - создание физико-математической модели нестационарной эксплуатации добывающей скважины с помощью УЭЦН для обеспечения возможности оптимизации процесса вывода скважины на установившийся режим работы в конкретных геолого-физических условиях.

Основные задачи исследований

2. 1. Построение физико-математической модели нестационарной работы основных элементов добывающей системы с УЭЦН при выводе ее на установившийся режим работы.

   2. Разработка методики расчета характеристик ЭЦН, работающего на вязких газожидкостных смесях.

   3. Оценка условий применимости разработанной физико- математической модели нестационарной эксплуатации добывающей системы с помощью УЭЦН.

   4. Промысловая апробация созданной физико-математической модели процесса вывода скважины, оборудованной УЭЦН, на установившийся режим эксплуатации.

   Научная новизна

   Разработана физико-математическая модель системы «пласт - скважина - УЭЦН», позволяющая производить расчеты основных технологических параметров скважинной системы при ее нестационарной работе.

   Основные защищаемые положения

   2. 4. 1. Физико-математическая модель добывающей системы, позволяющая прогнозировать изменение основных технологических параметров работы данной системы при ее нестационарной эксплуатации.

         2. Методика расчета изменения характеристик ЭЦН при его работе на вязких газожидкостных смесях.

         3. Результаты промысловой апробации разработанной физико- математической модели нестационарной эксплуатации добывающей системы.

         Практическая ценность работы

         2. 4. 3. 1. Созданная физико-математическая модель расчета процессов вызова притока, освоения и вывода на режим скважин, оборудованных УЭЦН, позволяет сократить время освоения скважин, спрогнозировать оптимальную стратегию пуска добывающей системы в работу еще перед спуском в скважину глубиннонасосного оборудования.

                  2. Физико-математическая модель добывающей системы позволяет производить интерпретацию процесса освоения скважины как гидродинамического исследования методом снятия кривых падения давления (уровня), в результате чего определяются геолого-промысловые характеристики дренируемого скважиной пласта и насыщающих его флюидов.

                  3. Разработана методика аналитического расчета изменения характеристик ЭЦН при его работе на вязких газожидкостных смесях для повышения точности расчетов, производимых с использованием созданной физико-математической модели. Данная методика также применима для проведения расчетов при выборе способа эксплуатации скважины, подборе глубиннонасосного оборудования и анализе эффективности работы скважин, оборудованных УЭЦН.

                  Апробация работы

                  Результаты диссертационной работы апробированы в промысловых условиях при выводе на режим пяти скважин ОАО «РИТЭК». Также результаты исследований и основные положения представлены в виде докладов на конкурсе на лучшую научно-техническую разработку молодых ученых и специалистов ОАО «РИТЭК», 2011 г. (г. Волгоград) и на научно-практической конференции, посвященной 20-летию компании ОАО «РИТЭК», 2012 г. (г. Москва). Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

                  Публикации

                  По результатам выполненных научных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе одна работа в материалах научной конференции и 6 научных статей в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата и доктора наук.

                  Структура и объем работы

                  Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Общий объем работы составляет 134 страницы печатного текста, в том числе 6 таблиц, 30 рисунков. Список литературы включает 46 источников.

                  Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю И.Т. Мищенко за плодотворные идеи, ценные советы и внимание в процессе работы над диссертацией. Автор выражает искреннюю признательность М.А. Мохову, В.И. Кокореву, В.И. Дарищеву, А.В. Клявлину, Е.А. Васильеву, К.А. Щеколдину, Д.В. Мальцевой, сотрудникам кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и другим за неоценимую помощь в подготовке диссертации.

                  Похожие диссертации на Разработка физико-математической модели процесса освоения скважин с помощью УЭЦН

                  Совершенствование и разработка новых технологий освоения нефтяных скважин с помощью струйных аппаратов на месторождениях Западной СибириШлеин Геннадий Андреевич

                  

                  Повышение фонтанной безопасности процесса бурения и освоения скважин путем оценки технического состояния герметизирующих элементов противовыбросового оборудования Шпехт Геннадий Юрьевич

                  Регулирование разработки нефтяных месторождений на поздней стадии с помощью боковых стволовТокарева, Татьяна Васильевна

                  

                  Разработка физико-химических методов кольматации коллекторов для повышения качества их вскрытияАртамонов Вадим Юрьевич

                  

                  Разработка методов физико-химического воздействия на продукцию нефтяных скважин для предотвращения осложнений их эксплуатацииМухаметшин, Валерий Хуснизаманович

                  

                  Разработка методики определения физико-химических свойств пластовых нефтей Татарстана на основе исследования поверхностных пробКовалев, Кирилл Андреевич

                  

                  Теоретические основы и практические рекомендации по расчетам физико-химических свойств скважинной продукции при разработке и эксплуатации нефтяных месторожденийДунюшкин Иван Игнатьевич

                  

                  Применение физико-химических методов увеличения нефтеотдачи пластов на основе систематизации объектов разработки Фролов Александр Иванович

                  

                  Исследование процессов адаптации гидродинамических моделей разработки нефтяных месторожденийЛеви Владислав Борисович

                  Дифракционные процессы при малых переданных импульсах в модели двухглюонного обмена Садыков Наим Очилович