CC BY
36
Статья. Сборник научных трудов НИГ-1 ВИТУ 2006 г. — Санкт-Петербург, 2006. Вып. 5. — С. 543—552.
3. Нагорных С.Н., Саблуков Д.С. Плотность вероятности как решение уравнения Фоккера-Планка в индуциро-
ванных шумом переходах. Журнал Средневолжского математического общества 2015,т.17,№1,с 11-13.
4. Нагорных С.Н. Автореферат. Роль вакансионных дефектов в стимулированной (экзоэлектронной) эмиссии металлов. г. Горький 1975, 19с.
ИЗУЧЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОТОКЕ ЗАКАЧИВАЕМОЙ ВОДЫ В НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЕ
Назаров Василий Федорович
д.т.н., профессор кафедры геофизики, БашГУ, г. Уфа
Мухутдинов Вадим Касымович
ассистент кафедры геофизики БашГУ, г. Уфа
АННОТАЦИЯ
Изучение пространственного распределения температуры вдоль ствола при закачке воды в нагнетательную скважину с целью объяснения регистрации пикообразных аномалий температуры в интервале нарушения герметичности НКТ или обсадной колонны. Приводятся практические примеры.
ABSTRACT
The &udy of the spatial diflribution of temperature along the wellbore in the injection of water into injection wells to explain the regi^ration pick-anomalies of temperature in the interval of leakage of the tubing or casing column.
Ключевые слова: нагнетательная скважина, НКТ, колонна, температура, нарушение колонны и НКТ.
Keywords: injection well, tubing, column, temperature, breach of the casing and tubing.
При проведении измерений термометром в добывающих скважинах встречаются случаи, когда место нарушения герметичности обсадной колонны отмечается пикообразной аномалией охлаждения или разогрева. Объясняется это тем, что в месте нарушения колонны регистрируется непосредственно температура поступающей жидкости. Это возможно в том случае, когда удельный дебит поступающей в скважину через нарушение колонны такой, что в этом интервале не происходит перемешивание восходящего потока с поступающей в скважину жидкостью. Практика показывает, что подобные аномалии встречаются и при исследованиях в нагнетательных скважинах. Следовательно, распределение температуры по радиусу в потоке не должно быть постоянным. В работах [1, 2] считается, что распределение температуры по радиусу постоянное. Кроме того, в нагнетательных скважинах поступление жидкости в скважину через нарушение герметичности колонны не может быть, так как давление в скважине больше чем в пласте. Поэтому с целью определения причины регистрации подобных аномалий изучим ниже особенности распределения температуры при закачке воды в нагнетательную скважину.
Для изучения радиального градиента температуры в потоке закачиваемой воды в нагнетательной скважине рассмотрим цилиндрическую систему координат (ф,г^). Проводится закачка воды в нагнетательную скважину через НКТ. Пусть ось Oz совпадает с осью НКТ и эксплуатационной колонны. Поместим начало координат по оси Oz на глубине нейтрального температурного слоя Земли. Насосно-ком-прессорные трубы спущены в скважину до глубины z = Н. Скорость потока закачиваемой воды в НКТ составляет V!.
Скорость воды в межтрубном пространстве равна нулю. Вскрытые перфорацией пласты находятся на глубине z > Н, то есть вне рассматриваемой в задаче области. Начальная температура в НКТ, в межтрубном пространстве и в породе описывается одной и той же зависимостью - Т0+Г^ Здесь Г - геотермический градиент температуры, Т0 - температура нейтрального слоя Земли. Температура закачиваемой воды на устье равна Т^г^Д) = ТЗАК.
При таких предположениях математическая постановка задачи об осесимметричном тепловом поле при закачке жидкости в скважину через НКТ будет следующая:
дТ т. / ч дТ, 2 +V >"& = a
1 Af г дТ |+дГ
г дг I дг ) dz2
0 < г < ЯНКТ ,0 < z < H ,t > 0
(1)
dT2
~lt + V ) = ■
dt
I Af r dA 1+527
r dr I dr ) dz2
RHKT < r < RK ,0 < z < H ,t > 0
(2)
dT3 ~dt
= a
I Af r dTL ]+d2TL
r dr ^ dr ) dz2
RK <r <^,0 < z < H,t >0
T t =0 T2 t=0 T3 t=0 T0 + Г ' z
(3)
ГТ1 I ГТ1 ГТ1 I ГТ1 I ГТ1
Т1 2=0 = Т ЗАК , Т2 2=0 = Т3 2=0 = Т0
dz
г = 0
ТА z=н =Т0 +Г-И
т
дг
= т
дТ2
г=RH
дг
г=Rн
(8)
т
=т
дг
=л,дГз
дг
(5)
(6) (7)
(9)
с1Тх dz
=0
Т г^ = Т +Г•z
(10) (11)
Здесь Т. - температура; V1 - скорость потока воды в НКТ; а2 и X. - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности среды; Г - геотермический градиент. Индекс 1=1 соответствует области 0<г<ЯНКТ, 0 < z < Н; 1=2 - ЯНКТ < г<ЯК, 0 Н; 1=3-ЯК<г<®, 0<z<]Н[, где ЯНКГ и ЯК - радиусы НКТ и колонны соответственно.
Геометрия задачи приведена на рис.1.
Задача (1)-(11) решается числено методом сеток. Область интегрирования отсекается по г: уравнение (11) рассматривается лишь в области 0<г<Я, где Я достаточно велико, чтобы можно было считать, что (11) выполняется с нужной точностью при замене г^-да на г=Я. Разностные схемы строятся методом баланса.
Рисунок 1. Геометрия задачи
Полученная система линейных уравнений решается методом верхней релаксации. Разработана компьютерная программа. Расчёты проведены при следующих параметрах: температура закачиваемой воды ТЗАК=20°С; естественная температура пород на глубине z=0 есть Т0=6°С; геотермический градиент Г=0,017 °С/м; наружный диаметр НКТ ^нНКТ=73 мм; внутренний диаметр колонны ^ = 130 мм; длина НКТ Н=1000м.
На рис.2 и рис.3 приведены результаты расчётов распределения температуры при закачке воды в нагнетательную
скважину с величиной приёмистости Q=20 м3/сут на первом и Q=100 м3/сут - на втором рисунках соответственно. Условные обозначения на кривых - распределение температуры в скважине: 1 - на оси НКТ, 2 - на 17 мм от стенки НКТ, 3 - на 12 мм от стенки НКТ, 4 - средняя интегральная по сечению НКТ, 5 - на стенке НКТ, 6 - в межтрубном пространстве, 7 - геотермическая.
I Г. м 6 1,о 1|4 18 Термограммы, град 2,6 з,о 34 3,8 42
200
400 /// / / - - -
и/ / |
бОО
А
80 О IV -! - -4-- -4-- -! -
и N х -4--[-4--
ЮОО у \
-4-- --1--
1200 1 ____и____ г г г г
V
1400 Ч — . —[— . —
1600 - б — -- - . ----- . - —Г----
1800 - ..... 4 о N - ■ - г
-
2 ООО N Лу ----- V -- — Г----
Рисунок 2. Распределение температуры при закачке воды в нагнетательную скважину с величиной приёмистости Q=20
м3/сут
I I. М 6 1 о 14 1 Термограммы, град 8 22 26 зо 34 38 42
200
400 I
-4-- -4-- - - V I I . -4-- -4--
бОО I
х \ ЛI - - ■ ■ - ■ -
800 I
ЮОО
1 \
1200 \
1400 \
IV
1600 №
-4
^-5\
1 V*-6
—4—■ —4—■ -— —4—4-— 2 1\\ \ 7
2000
3-
Рисунок 3. Распределение температуры при закачке воды в нагнетательную скважину с величиной приёмистости
Q=100 м3/сут
Как видно из рисунков, распределение температуры максимальной величины на какой-то глубине, а затем начи-вдоль радиуса не остаётся постоянным. В приустьевой ча- нает уменьшаться. Причём уменьшение разницы темпера-сти температура на стенке и на оси скважины мало отлича- туры до нуля между температурами, которые соответствуют ются между собой. При увеличении глубины разница тем- различным образующим, проходящими на различном рас-пературы между стенкой и осью увеличивается, достигает стоянии от оси, наблюдается на различных глубинах. Эта
разница глубин 5z увеличивается при увеличении приёмистости скважины. Так при Q=20 м3/сут величина 5 -75 м, а при Q=100 м3/сут 5^375 м.
Если будем считать точкой инверсии глубину, где температура на различных образующих равны между собой, то окажется, что глубина инверсии занимает некоторую область по протяжённости, отличную от нуля. Поэтому, видимо, надо говорить не о точке, а об области инверсии.
При дальнейшем увеличении глубины, считая от области инверсии, разница температуры между стенкой и осью скважины в потоке закачиваемой воды начинает увеличиваться. Вместе с этим изменяется также и знак градиента температуры. Если в приустьевой части скважины градиент температуры отрицательный (температура на оси больше чем на стенке), то ниже области инверсии градиент температуры положительный.
Расчёты показывают, что радиальный градиент температуры выше области инверсии составляет десятки оС/м. Причём, при уменьшении величины приёмистости скважины градиент температуры увеличивается. Ниже области инверсии радиальный градиент температуры составляет более одной сотни °С/м. Например, при Q=100 м3/сут величина радиального градиента температуры достигает Г=150 °С/м.
При проведении измерений температуры в скважине датчик температуры перемещается вдоль ствола на расстоянии 17 мм от стенки колонны (НКТ), поэтому регистрируется распределение температуры вдоль образующей, отстоящей
от стенки колонны на этом расстоянии. Если приёмистость скважины составляет более нескольких десятков м3/сут, то закачиваемая вода уходит в нарушение НКТ или колонны выше разрабатываемых пластов только из пристеночной области и не оказывает влияние на регистрируемую температуру. Однако, если провести измерение температуры после прекращения закачки воды в скважину, то вода будет успевать уходить в место нарушения и из приосевой части потока. Следовательно, выше и ниже места нарушения герметичности колонны или НКТ будет зарегистрировано распределение температуры, которое соответствует образующей на расстоянии 17 мм от стенки, а в интервале нарушения - приосевой части потока воды в скважине. Таким образом, если место нарушения герметичности находится выше области инверсии, то нарушение отметится аномалией разогрева, ниже области инверсии - аномалией охлаждения, а в области инверсии - аномалии не будет.
На рис.4 приведены результаты измерений температуры в нагнетательной скважине. Условные обозначения - термограммы, зарегистрированные при различных режимах скважины: 1- излив; 2 - закачка; 3-7 - через 0,5; 6; 13; 28; 58 минут после прекращения закачки воды в скважину. Закачка проводится по эксплуатационной колонне. Диаметр колонны составляет 146 мм. Приёмистость скважины Q=480 м3/ сут. Интервалы перфорации находятся ниже приведённых на рисунке глубин.
Рисунок 4. Определение места утечки жидкости через эксплуатационную колонну в нагнетательной скважине 581
Юсуповской площади
Как видно из рисунка, на термограмме, зарегистрированной при закачке (см. кр.2), нет аномалий температуры, кривая монотонная. На замере при изливе (см. кр.1) отмечается на глубине 1012 м аномалия калориметрического смешивания восходящего по колонне потока с поступающей в скважину жидкостью через нарушение герметичности обсадной колонны. На кр.3-6 отмечаются пикообразные аномалии охлаждения на глубине 1012 м. Эти аномалии связаны с уходом жидкости из приосевой части скважины в нарушение
колонны на этой глубине. Область инверсии в данном случае располагается значительно выше глубины 1012 м.
На рис.5 приведён ещё пример определения места нарушения герметичности колонны по измерениям термометром после прекращения закачки воды в нагнетательную скважину. В этой скважине перфорирован пласт АВ1-2 в интервале глубин: 1967,4-1972,4 м. Воронка НКТ спущена до глубины 1870 м. Проведены измерения термометром : кр.1- при закачке; кр.2-4 - через 5, 50, 90 минут после прекращения закачки; кр.5- при изливе.
Рисунок 5. Определение места нарушения герметичности колонны по замерам термометром в кратковременно остановленной нагнетательной скважине
Как видно из рисунка, на кр.2-4 отмечаются положительные пикообразные аномалии температуры на глубинах 1915.5 м 1930,5 м и 1950 м. Появление аномалии температуры уже через 5 минут (см. кр.2) после прекращения закачки, амплитуда которой составляет около 2°С, однозначно указывает на движение жидкости через датчик термометра из приосевой части к стенке скважины на глубине 1916.5 м. Аналогичное объяснение находят и аномалии на глубинах: 1930.5 м и 1950 м.
Может случиться так, что нарушение колонны находится в области инверсии. В этом случае аномалии температуры на кривой не будет. Для выявления нарушения герметичности и в такой ситуации надо уменьшить приёмистость скважины более чем в два раза путём уменьшения проходного
сечения на задвижке на водоводе. Дать поработать скважине при такой приёмистости скважины в течение не менее получаса, а затем провести измерение термометром через 5-10 минут после прекращения закачки воды в скважину. Пропущенное при предыдущем измерении термометром место нарушения герметичности колонны отметится на этом измерении отрицательной аномалией.
Список литературы:
1. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. -М.: Недра, 1965. - 238 с.
2. Пудовкин М.А., Саламатин А.И., Чугунов В.А., Температурные процессы в действующих скважинах. - Казань: КГУ, 1977. - 168 с.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗНОСОСТОИКОСТИ НАПЛАВЛЕННОГО СЛОЯ
ЗАМОК АВТОСЦЕПКИ ВАГОНА
Орозбаев Акжол Акбарович
аспирант Кыргызского Государственного Технического Университета
им. И. Раззакова, Кыргызстан, г. Бишкек.
АННОТАЦИЯ
Цель работы - определить износостойкости восстановленного замка автосцепки вагона ГП «Кыргыз темир жолдору» после износа. Определение на износ проводили с помощью испытательной машины MillerteS G75-07. Предлагаем улучшить технологию наплавку и уменьшит поры в наплавленном слое.
ABSTRACT
Purpose - to determine the durability of the re^ored lock coupler wagon State Enterprise "Kyrgyz Temir Joldoru" after wear. Determination of the wear te& was performed by the machine MillerteS G75-07. We offer technology to improve the welding and reduce the pores in the deposited layer.
Ключевые слова: износостойкость, наплавка, сварочная проволока, плотность, масса, объем, пикнометр.
Keywords: wear resi^ance, surfacing, welding wire, density, mass, volume, pycnometer.
Государственная предприятия «Кыргыз темир жолдору» покупают деталей для грузовых и пассажирских вагонов из России. Покупать каждый раз новые детали для вагонов невозможно в связи с финансовой трудности предприятии и
дефицита государственного бюджета. Предприятия решает эту проблему применяя наплавку с сварочной проволокой и электродом для восстановления изношенных деталей вагонов.
