Введение к работе
Актуальность проблемы
В нефтяной и газовой промышленности находят применение или находятся в стадии разработки разнообразные методы и устройства для измерения многофазовых потоков, к которым предъявляются в соответствии с широким разнообразием характеристик добывающих скважин различные требования. Все более остро ощущается потребность в системе измерений многофазных потоков, позволяющей достичь и непрерывно поддерживать высокую точность измерений и обеспечивающей безопасность в реальных условиях эксплуатации. Более того, маловероятно, что какой-либо один расходомер многофазных потоков сможет стать универсально пригодным для всех случаев измерений многофазных потоков.
Приведем краткую сводку наиболее существенных трудностей, связанных с многофазными измерениями.
Перерабатываемый раствор характеризуется различными режимами потока, которые зависят от регулируемых параметров процесса, а также от рабочего давления и температуры.
Потоки смеси нефти, газа, воды, поступающие от рабочих скважин в течение продуктивной жизни нефтяного промысла, принято называть многофазными потоками. Этот часто бурный и непредсказуемый поток не позволяет использовать стандартные измерительные средства, которые пригодны для потоков отдельно воды или газа, но не пригодны для их смеси.
При управлении нефтеносным пластом для оптимизации выработки, нефтяники должны точно знать количество нефти, газа и воды в потоке от каждой скважины.
Экономические и эксплуатационные преимущества, которые могут быть достигнуты при решении проблем многофазных измерений, потенциально очень значительны. Многофазные измерения обеспечивают по существу непрерывное в темпе процесса слежение за каждой скважиной или кластером, тем самым улучшая управление и увеличивая производительность нефтяного пласта. Увеличение выхода нефти является основной задачей всех нефтяных компаний.
К измерителю многофазных потоков предъявляются два основных требования:
1) определение относительного состава фаз (то есть процент газовой,
нефтяной, водяной фракций и, возможно, фракций твердых частиц),
2) определение массового или объемного расхода.
Таким образом, существует необходимость создания метода для определения содержания воды в потоке нефти, который был бы высокоточным, не требовал бы внутреннего устройства и не использовал бы отдельно взятые образцы.
Цель диссертационной работы Целью диссертационной работы являлась разработка методов и алгоритмов определения относительного объемного содержания компонент многокомпонентной смеси, а также исследование точностных характеристик этих методов для увеличения точности результатов определения.
Научная новизна
1. Предложены выводы выражений для комплексной
диэлектрической проницаемости смеси для различных структур.
Проведен сравнительный анализ полученных выражений, в том числе с
известными с помощью математического моделирования.
2. Получены системы уравнений, используемые в работе
устройств, определяющих относительное объемное содержание
компонент смеси, а также их решения.
3. Впервые проведена оценка точностей определения
относительного объемного содержания в зависимости от погрешностей
измерения и нестабильности входных сигналов.
4. Предложены рекомендации по выбору структуры и
параметров при разработке микроволновых расходомеров для
добывающих нефтяных скважин.
Положения, выносимые на защиту
1. На основе изучения зависимости действительной є1 и мнимой
є" частей комплексной диэлектрической проницаемости воды от частоты,
был сделан вывод о том, что возможно построение системы определения
относительного объемного содержания компонент, работающей на
нескольких частотах.
-
Вывод и применение оригинального выражения для комплексной диэлектрической проницаемости смеси при зондировании СВЧ сигналом, проходящим через параллельно расположенные слои, для определения относительного объемного содержания компонент смеси.
-
Получены системы уравнений, используемые в работе устройств, определяющих относительное объемное содержание трех компонент смеси по принципу одно и двухчастотного методов. Полученные системы уравнений были разрешены в аналитическом виде относительно неизвестных величин (относительные объемные содержания компонент смеси). Также получены выражения для изучения погрешностей определения относительного объемного содержания компонент в зависимости от погрешностей входных данных для этих двух случаев.
-
Получены точностные характеристики для обоих видов устройств в зависимости от погрешностей входных данных, рабочих частот, а также от изменения различных параметров среды, таких как температура и проводимость. По полученным данным существует возможность построение систем с заданными характеристиками и
точностями. Проведен сравнительный анализ погрешностей для двух методов построения устройств. Предложены методы компенсаций погрешностей, вызванных изменениями параметров среды, в зависимости от алгоритма работы систем.
Практическое значение
-
Разработаны методы и алгоритмы способные обеспечить точный учет добычи нефти и газа.
-
Разработаны устройства непрерывного измерения покомпонентного расхода, что позволит повысить производительность скважины за счет оптимального управления режимом эксплуатации пласта.
-
Полученные результаты могут снизить расходы на геологоразведочные работы, бурение и ввод в эксплуатацию новых скважин.
-
Разработанные устройства способны увеличить срок эксплуатации добывающих скважин за счет повышения выхода нефти в потоке.
-
Возможно более оправданно обосновывать экономическое развитие малых месторождений, особенно для надводных и подводных измерений.
-
Использование предложенных методов позволит упростить взаиморасчеты между добывающими и перерабатывающими предприятиями.
Апробация работы Теоретические и практические результаты работы обсуждались на отраслевых совещаниях по разработке расходомера для нефтяных и газовых добывающих скважин и использованы в НИОКР АООТ "Импульс".
Публикации Материалы диссертации опубликованы в 6 статьях.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержит 122 стр. текста в том числе 59 рисунков и диаграмм. Список литературы включает 57 наименований.
