CC BY
11Машины, оборудование и обустройство промыслов
УДК 622.076.053
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСОВ НА ПРОНИКНОВЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ПЕСЧАННЫХ ОБРАЗЦАХ
STUDY OF PROCESSES OF PRESSURE AND IMPULSE FREQUENCY INFLUENCE ON PENETRATION OF LIQUIDS IN THE SAND SAMPLES
М. Я. Хабибуллин, Р. Р. Шангареев
M. Ya. Habibullin, R. R. Shangareyev
Филиал ФГБОУВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Октябрьский
Ключевые слова: песчаные образцы; амплитуда колебания давления; регрессионный анализ; факторный эксперимент Key words: sand; sample holder; camera; pulse amplitude vibrations; pressure;regression analysis; matrix; factorial experiment
Одним из перспективных путей увеличения нефтеотдачи углеводородных пластов и уменьшения относительных объемов добываемой воды является метод селективной импульсной закачки жидкости в нагнетательные скважины. Его эффективность подтверждается теоретическими исследованиями [1-6]. В связи с этим возникает необходимость проведения лабораторных исследований по определению оптимальных параметров применения метода.
При проведении лабораторно-экспериментальных работ исследования проводятся в двух направлениях. В первом направлении исследуются утечки жидкости через образцы при различных режимных параметрах. Методика проведения заключается в следующем. В держателе, схема которого приведена на рисунке 1, имеются три камеры для установки исследуемых образцов, причем все камеры взаимозаменяемы. В держателе устанавливают исследуемые образцы, предварительно размещенные в резиновой обойме.
Рис. 1. Держатель: 1 — испытательная колонна; 2—упорный фланец;
3 — уплотнительная манжета; 4 — корпус; 5 — исследуемый образец; 6—резиновая обойма; 7 — промежуточный фланец; 8 — отвод для соединения с масляным ручным насосом; 9— отводы для замера объема жидкости и установки тензодатчиков; 10 — каналы для сообщения внутренней полости корпусов; 11 — торцовый фланец
С помощью вибратора, установленного в испытательной камере [7], создают необходимые значения частоты и амплитуды колебания давления жидкости, которые записывают на фотобумагу. Величину давления жидкости до исследуемого образца регулируют при помощи задвижки, и по показаниям манометра фиксируются его значения. За резиновой обоймой исследуемого образца в корпусе 4 создают горное давление с помощью ручного масляного насоса, а величину утечек жидкости через исследуемый
образец замеряют объемным способом посредством вывода ее из держателя через отвод 9. Исследования проводят поочередно для одного, двух и трех исследуемых образцов. Полученные значения представляют в виде графических зависимостей.
Во втором направлении лабораторных исследований определяют величину поглощения амплитуды колебания давления. С этой целью в отводы 9 устанавливают тензо-датчики давления, сигналы от которых записывает светолучевой осциллограф на фотобумагу. Создание необходимых значений режимных параметров (частота и амплитуда колебания давления, давление до исследуемого образца, горное давление) производят в аналогичной последовательности. Исследования проводят поочередно для трех образцов, причем тензодатчики устанавливают после каждого исследуемого образца. При проведении исследований в качестве модели пористой среды применяли песок с диаметром песчинок в диапазоне 0,21- 0,42 мм. Для приготовления образцов использовалась форма с внутренними размерами: диаметр — 24 мм; длина — 40 мм. Песок предварительно просеивали, промывали дистиллированной водой и утрамбовывали в форме с помощью пресса с окончательным усилием 1 200 Н. Исследования проводились по трем значениям давления в испытательной камере Р = 1,0; 1,5; 2,0 МПа, причем при каждом значении давления в испытательной камере создавали следующие значения наружного давления на образцы: РГ = 0,5; 1,4; 2,3 МПа. Частота колебаний жидкости создавалась с помощью вибраторов, значения частоты для всех опытов были одинаковые: 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 Гц, причем погрешность составляла не более + 5 %. Полученные результаты лабораторных исследований представлены в таблице 1, 2, 3.
По экспериментальным данным был проведен регрессионный анализ, на основании которого были выявлены качественные соотношения между факториальными и результативными признаками [8, 9].
Таблица 1
Величина утечек жидкости через один образец пористой среды (ц-104 м3/с)
Частота колебаний жидкости, / Гц Р1 Р2 Рз
РГ1 РГ2 Ргз РГ1 РГ2 Ргз Рп РГ2 Ргз
200 0,0323 0,0312 0,0301 0,0418 0,0397 0,0372 0,0462 0,0433 0,0418
400 0,0434 0,0421 0,0413 0,0486 0,0413 0,0396 0,0511 0,0495 0,0482
600 0,0562 0,0522 0,0502 0,0598 0,0564 0,0549 0,0623 0,0601 0,0588
800 0,0687 0,0603 0,0596 0,0712 0,0676 0,0661 0,0766 0,0722 0,0703
1000 0,0623 0,0613 0,0584 0,0716 0,0669 0,0656 0,0754 0,0713 0,0689
1200 0,0618 0,0592 0,0580 0,0704 0,0663 0,0650 0,0751 0,0711 0,0682
1400 0,0611 0,0598 0,0563 0,0693 0,0654 0,0632 0,0741 0,0709 0,0682
1600 0,0602 0,0576 0,0560 0,0690 0,0658 0,0614 0,0733 0,0686 0,0680
Таблица 2
Величина утечек жидкости через два образца пористой среды (ц-105 м3/с)
Частота колебаний жидкости, / Гц Р1 Р2 Рз
Рп РГ2 Ргз РГ1 РГ2 Ргз Рп РГ2 Ргз
200 0,172 0,141 0,120 0,211 0,201 0,186 0,267 0,229 0,201
400 0,218 0,168 0,141 0,262 0,246 0,211 0,310 0,269 0,248
600 0,264 0,201 0,183 0,293 0,282 0,265 0,345 0,297 0,282
800 0,297 0,242 0,212 0,324 0,283 0,272 0,366 0,312 0,303
1000 0, 302 0,241 0,210 0,304 0,280 0,264 0,368 0,312 0,294
1200 0,296 0,232 0,201 0,286 0,279 0,264 0,346 0,311 0,291
1400 0,286 0,234 0,193 0,276 0,271 0,263 0,337 0,305 0,288
1600 0,272 0,221 0,191 0,264 0,265 0,258 0,331 0,298 0,286
Для всех трех случаев составлялась матрица полного факторного эксперимента 23 [10]. Уравнения регрессии представляли зависимость Р, РГ ) в линейном виде.
Значимость коэффициентов регрессии проверялась с помощью I — критерия Стьюден-та, и во всех трех случаях сочетание факторов /Р и /РРГ на результативный признак не
повлияло. Проверку гипотезы об адекватности предложенных моделей производили с использованием Р — критерия Фишера. Уравнения регрессии имеют следующий вид:
ql = (-0,000324 + 0,00000983 / + 0,0271 Р + 0,0301 Рг-0,0125РРг- 0,00000494/Р) 10"4; (1)
= (0,08213+ 0,000021 / + 0,09038 Р + 0,09735 Рг-0,0447РРг- 0,000015 /-Рг)-10-5; (2)
= (-0,78906 + 0,000028/ + 0,09696 Р + 0,10805 Рг-0,0489РРг- 0,00002/Рг)-10"6. (3)
Таблица 3
Величина утечек жидкости через три образца пористой среды (д-ТО-6 м3/с)
Частота колебаний жидкости, f Гц Pi Р2 Рз
Рг, Рг2 Ргз Рг, РГ2 Ргз Рг, РГ2 Ргз
200 0,882 0,863 0,845 0,925 0,897 0,872 1,002 0,981 0,962
400 0,928 0,894 0,868 0,966 0,932 0,912 1,035 0,019 0,989
600 0,967 0,936 0,921 0,999 0,987 0,985 1,086 1,065 1,034
800 0,983 0,966 0,945 1,031 0,982 0,964 1,121 1,093 1,051
1000 0,972 0,963 0,936 1,020 0,984 0,963 1,116 1,077 1,053
1200 0,973 0,942 0,936 1,004 0,976 0,956 1,100 1,076 1,052
1400 0,967 0,940 0,925 1,006 0,964 0,948 1,094 1,061 1,044
1600 0,956 0,932 0,921 0,986 0,957 0,943 1,093 1,-52 1,033
Экспериментальные графические зависимости q = уф) (при Р =1 МПа и Рг = 0,5 МПа) представлены на рисунке 2-4. Проанализировав полученные результаты, было выявлено, что с увеличением частоты колебания жидкости увеличивается количество жидкости, проходящей через образец пористой среды, причем наибольшее значение q достигает в диапазоне частот 600-1 000 Гц. Что касается значения давлений, а именно их влияния на q, то проведенные лабораторные исследования подтверждают теоретические результаты большинства авторов [2, 3].
Рис. 2. Зависимости утечек жидкости через один образец пористой среды от частоты
колебания жидкости при Р = 1 МПа, РГ = 0,5 МПа
Рис. 3. Зависимости утечек жидкости через два образца 4пористой среды от частоты колебания жидкости
при Р = 1 МПа, РГ= 0,5 МПа
tooo ftoo **оо
Рис. 4. Зависимости утечек жидкости через три образца пористой среды от частоты
колебания жидкости при Р = 1 МПа, РГ = 0,5 МПа
При проведении лабораторных исследований по второму этапу приготовление и состав образцов пористой среды были аналогичны как и для первого случая. Амплитуду изменения давления жидкости записывали после каждого образца. Эксперименты были проведены при давлении жидкости для образцов 2,0 МПа, частоте колебаний жидкости 1 000 Гц, а значения давления на образцы составляли 1,0; 2,0; 3,0 МПа. Полученные результаты представлены на рис. 5. На основании детального рассмотрения изменения амплитуды колебания давления можно сделать следующие выводы. С увеличением глубины проникновения колебаний поглощение амплитуды колебания давления соответствует линейному уменьшению, а с увеличением горного давления линейное изменение поглощения искажается.
Рг = 1,0 МПа
Рис. 5. Изменение амплитуды колебания давления для различных значений наружного давления на образцы пористой среды
На рис. 6 представлены результаты изменения амплитуды колебания давления при различных значениях частоты колебания жидкости (при Р = 2,0 МПа и Рг = 1,5 МПа ).
после 1-го образца
!; I I I ♦Mi тЫ чР^Р ilf ! i| i 1 k 1 ШШ lili
после 2-го образца
щ # шя ж. ! ШР ш i i| А f¡-I' fl ■щ Ш ЩШ iSIl щm¡
поел е 3-го образца
íll ' i i SÍ« шршяи
Рис. 6. Изменение амплитуды колебания давления при различных значениях частоты колебания жидкости (Р = 2,0 МПа, Рг= 1,5 МПа )
Полученные данные после сопоставления позволяют сделать следующее заключение. Наименьшее поглощение характерно для частоты колебания в диапазоне 0-1 000 Гц, что подтверждает предположения, высказанные в [2, 3], с погрешностью ±10 %.
Список литературы
1. Хабибуллин М. Я. Повышение эффективности методов заводнения в системе поддержания пластового давления / В сборнике: Современные технологии в нефтегазовом деле. - 2014. - С. 392-397.
2. Хабибуллин М. Я. Экспериментально-теоретические исследования вытеснения нефти водой с циклически изменяющейся амплитудой давления // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. - 2012. - № 6. - С. 233-241.
3. Хабибуллин М. Я., Арсланов И. Г., Абдюкова Р. Я. Оптимизация процесса вытеснения нефти при стационарной импульсной закачке воды // Нефтепромысловое дело: науч.-техн.журн. -М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2014. - № 3. -С. 24-28.
4. Султанов Б. З., Тухтеев Р. М., Хабибуллин М. Я. Способ закачки жидкости в нагнетательные скважины и устройство для его осуществления. Патент на изобретение RUS 2198288 12.10.1999.
5. Гилаев Г. Г., Тухтеев Р. М., Хабибуллин М. Я. Устройство для закачки жидкости. Патент на изобретение RUS 2241825 13.02.2003.
6. Хабибуллин М. Я. Разработка вибротехники для эффективной закачки жидкости в нефтяной пласт: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Уфа,1999.
7. Хабибуллин М. Я., Арсланов И. Г., Абдюкова Р. Я. Лабораторная установка по исследованию процессов при импульсной закачке жидкостей в пласт // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса: науч. -техн. журн. -М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2016. -№ 2. -С.14-16.
8. Хабибуллин М. Я., Арсланов И. Г. Расчет нефтепромыслового оборудования. - Уфа: РИЦ УГНТУ, 2014. - 98 с.
9. Арсланов И. Г., Хабибуллин М. Я. Информационные технологии в расчетах нефтепромыслового оборудования // Научное обозрение. - 2015. - № 6.- С. 74-83.
10. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 833с.
Сведения об авторах
Хабибуллин Марат Яхиевич, к. т. н„ доцент кафедры «Нефтепромысловые машины и оборудование», Уфимский государственный нефтяной технический университет (филиал), г. Октябрьский, тел. 89177414994, e-mail: m-hab(cimail.ru
Шангареев Руашм Раисович. к. т. н.. доцент кафедры «Механика и технология машиностроения», Уфил/ский государственный нефтяной технический университет (филиал), г. Октябрьский
Information about the authors HabibuUin M. Ya., Candidate of Science in Engineering, associate professor of the chair « Oilfield machines and equipment», Ufa State Petroleum Technical University, (affiliate), the town of Oktyabrski, phone: 89177414994, e-mail: m-hab&mailru
Shangareyev R. R., Candidate of Science in Engineering, associate professor of the chair «Mechanics and Manufacturing Engineering», Ufa State Petroleum Technical University, (affiliate), the town of Oktyabrski
