Введение к работе
Актуальность проблемы. Процесс подъема нефти (жидкости) из пласта глубинными насосами, в частности штанговыми, сопровождается отбором многофазной жидкости, состоящей из нефти, газа, воды и мехпримесей (остатков бурового раствора, продуктов коррозии и твердых частиц, образовавшихся за счет суффозии, а также последствий применения технологий интенсификации притока нефти, например кислотных обработок). Присутствие и влияние мехпримесей на работоспособность глубинно-насосного оборудования и его межремонтный период достаточно широко изучены и известны. Однако ряд локальных задач, например процесс отделения мехпримесей перед приемом насоса, изучены недостаточно глубоко, что не позволяет выбрать экономически эффективные технологические приемы и конструкции для отделения мехпримесей из потока. Рост количества мехпримесей связан с повышением техногенного вмешательства в процесс разработки нефтяных месторождений. Однако без изучения механизма движения мехпримесей в потоке жидкости на забойном участке от интервала перфорации до приема насоса создать оптимальные режимы отбора жидкости и конструкции для отделения мехпримесей нельзя. Одним из перспективных направлений изучения механизма движения жидкости с мехпримесями является создание численной модели для исследования движения многофазной жидкости на базе уравнений Навье-Стокса, конвективно-диффузионного переноса и турбулентности, что позволит разработать оптимальные режимы отбора многофазной жидкости с мехпримесями и выбрать конструкцию для отделения их из жидкости перед приемом глубинного насоса. Представленная работа направлена на изучение этой проблемы, поэтому она является актуальной и востребованной в промысловых условиях.
Цель работы – повышение эффективности эксплуатации глубинно-насосных установок в скважинах, откачивающих многофазную жидкость, путем изучения на математической модели кинематики движения потока и создания технологий отделения мехпримесей перед приемом насоса.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
-
Изучение и оценка влияния мехпримесей на работу глубинно-насосного оборудования и технологий отделения мехпримесей по литературным источникам и в промысловых условиях;
-
Создание и обоснование численной модели для исследования механизма движения многофазной, многокомпонентной жидкости на участке «забой - прием насоса»;
-
Обобщение результатов численных исследований и разработка рекомендаций по отделению мехпримесей в условиях скважин;
-
Разработка конструкции для отделения мехпримесей из потока движущейся жидкости;
-
Обобщение испытаний конструкции для отделения мехпримесей в промысловых условиях.
Методы решения поставленных задач. Решение поставленных задач базируется на анализе состояния влияния мехпримесей на работоспособность глубинно-насосного оборудования и численных исследованиях движения многофазной жидкости на участке «призабойная зона - прием глубинного насоса» с использованием методов математического моделирования и обобщения результатов промысловых испытаний отделителей мехпримесей в условиях скважин.
Научная новизна результатов работы:
-
Создана и обоснована численная модель для исследования движения многокомпонентной жидкости («нефть + газ + вода + мехпримеси) для режимов с малым газосодержанием на участке «призабойная зона - прием глубинного насоса». Получено, что для малодебитных скважин (с расходом 10…40 м3/сут) концентрация твердых частиц формируется в преобладающей степени у стенки колонны, а при увеличении расхода (40…150 м3/сут) - в ядре потока;
-
Изменение течения многофазного потока с условно вертикального на криволинейное (с помощью шнека) и за счет нового режима путем перевода жидкости на режим течения с созданием тангенциальной скорости потока позволило достичь разделения мехпримесей до 90 % с накоплением 80 % из них в контейнере, помещенном в общем корпусе;
-
Создано устройство для отделения мехпримесей, основанное на принципе движения жидкости по шнеку с накопителем твердой фазы, поверхность которого покрыта эпоксидной смолой для предотвращения (снижения) образования отложений парафина и твердой фазы углеводородов.
На защиту выносятся:
-
Методика и модель численного исследования движения многокомпонентной жидкости на участке «призабойная зона - прием глубинного насоса»;
-
Технологические приемы и критерии регулирования режима движения многофазного потока с мехпримесями на забойном участке;
-
Технология отделения мехпримесей и конструкция для их реализации.
Практическая ценность и реализация результатов работы
-
На базе численных исследований движения многофазного потока с мехпримесями создана конструкция для отделения мехпримесей от жидкости (патент 122692);
-
Конструкция отделителя мехпримесей испытана в промысловых условиях на скважине № 362 Веденовского месторождения и на скважине № 298 Алкинского месторождения (акт внедрения);
-
От реализации рекомендаций автора по предотвращению попадания механических примесей в насосное оборудование в промысловых условиях получен технологический эффект за счет увеличения межремонтного периода (МРП) одной скважины в 2 раза, экономический эффект на одну скважину составил 300 тыс. руб.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических советах и семинарах ООО НПО «Нефтегазтехнология» и ООО «БашНИПИнефть» (г. Уфа, 2010-2013), на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках ХVIII международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии - 2010» (г. Уфа, 2010 г.), на XI Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках XI Российского энергетического форума (г. Уфа, 2011 г.), на семинарах ГУП «ИПТЭР» (г. Уфа, 2012-2013 гг.).
Публикации результатов и личный вклад автора
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получено 5 патентов РФ.
В совместных работах автору принадлежит постановка задачи исследования, обобщение полученных результатов и организация внедрения рекомендаций в промысловых условиях.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 102 наименования. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 11 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю к.т.н. Сагитову Д.К. и к.т.н. Фатхлисламову М.А. за помощь и полезные советы, высказанные в процессе выполнения работы.
