Научная статья на тему 'Метод определения энергетической эффективности при пульсационной очистке нефтяной скважины'

Метод определения энергетической эффективности при пульсационной очистке нефтяной скважины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
74
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПУЛЬСАЦИОННАЯ ОЧИСТКА / ТЕПЛОИ МАССОБМЕН / НЕФТЯНАЯ СКВАЖИНА / WELL / PULSATION / CLEARING / MASS-HEAT TRANSFER / BUTTOMHOLE ZONE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Прощекальников Дмитрий Владимирович, Гурьянов Алексей Ильич, Али Ниджрс Ахмад Рафия

Предложен метод расчета энергетической эффективности в процессах низкочастотной очистки нефтяной скважины. С использованием системного подхода рассчитана гидродинамика, фильтрации и тепломассообмен в системе пульсатор-скважина-пласт. В ходе расчетов выявлено ряд гидродинамических режимов пульсации, среди которых наиболее эффективным является частотный режим очистки. Определена энергетическая эффективность очистки для ряда растворителей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Прощекальников Дмитрий Владимирович, Гурьянов Алексей Ильич, Али Ниджрс Ахмад Рафия

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHOD OF DEFINITION OF POWER EFFICIENCY AT PULSE OIL WELL CLEARING

The method of calculation of power efficiency in processes of low-frequency clearing of an oil well is offered. With use the system approach the hydrodynamics, filtrations and mass-heat transfer in system a pulsator-chink-layer is calculated. During calculations it is revealed a number of hydrodynamic modes of a pulsation among which the most effective is the frequency mode of clearing. Power efficiency of clearing for a number of solvents is defined.

Текст научной работы на тему «Метод определения энергетической эффективности при пульсационной очистке нефтяной скважины»

Д.В. Прощекальников, А.И. Гурьянов, Али Ниджрс А.Р.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ПУЛЬСАЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ

Предложен метод расчета энергетической эффективности в процессах низкочастотной очистки нефтяной скважины. С использованием системного подхода рассчитана гидродинамика, фильтрации и тепло- массообмен в системе пульсатор-скважина-пласт. В ходе расчетов выявлено ряд гидродинамических режимов пульсации, среди которых наиболее эффективным является частотный режим очистки. Определена энергетическая эффективность очистки для ряда растворителей. Ключевые слова: пульсационная очистка, тепло- и массобмен, нефтяная скважина.

Пульсационная техника нашла широкое применение в нефтехимической, химической, радиохимических и других отраслях промышленности для интенсификации жидкофазных и твердо-жидкофазных тепломассообменных процессов. Наличие колебательных свойств в системе позволяет эффективно использовать пульсационную аппаратуру для организации колебательного движения жидкой среды. Это приводит к усилению тепло- и массообмена в скважине и пласте.

Известны ряд способов очистки призабойных зон скважин импульсным дренированием: метод создания ударных волн [1; 2], использование гидроимпульсных пульсаторов и вибраторов [3; 4], устьевых генераторов импульсов давления [5]. В работах [6; 7] отмечается преимущество использования низких частот (1Гц и менее) вследствие их меньшего поглощения в поровых каналах пласта и, соответственно, распространения на достаточно большие расстояния: от десятков до сотен метров от ПЗП обрабатываемой скважины [8]. Поэтому следует отдавать предпочтение методам, использующим низкочастотные колебания вследствие их меньшего поглощения в поровых каналах пласта, а также благодаря возможности организации структуросберегающего режима очистки призабойной зоны скважины. Для выбора наиболее эффективного режима очистки необходимо использовать математическое моделирование.

Теоретическое описание процессов низкочастотной гидродинамики и фильтрации в системе пульсатор-скважина-пласт можно построить на системном фундаменте, где учитываются взаимосвязи динамики движения жидкости в ее отдельных частях. Динамика апериодического движения может быть описана системой уравнений поршневого движения жидкости. С этой целью вся гидравлическая система нагнетания давления раз-

бивается на несколько частей: насосно-комрессорная труба (НКТ), призабойная зона (ПЗ), кольцевое затрубное пространство (КП), насосная линия (НЛ), ресивер, линия сброса давления (ЛСД). Таким образом, уравнения движения, записанные для каждой части включают в себя девять искомых функций СО, (т), (т) - <3,1 (т)| (т) - объемные расходы в

НКТ, ПЗ, КП, НЛ и ЛСД, а также Р-а5 (т), Р?ст(т), Р^Ст)Рр (т) — давления в ПЗ, на устье скважины, на уровне спуска НКТ в скважину, в газовой подушке ресивера. В ходе расчетов можно выявить, что наиболее эффективным является частотный режим очистки (рис.1).

04,М3/С

0

-0,0001 --Щ 1Ш100 200 III3 400 50

1 1 1

-0,0002 - 11111 1111 11111

Время,с

а) б)

Рис. 1. Динамика изменения расхода а) (?г(т) - в затрубном пространстве б) ^4(т) - в призабойной

зоне

Этот режим проявляется в виде дополнительных гармоник повышенной частоты, которая зависит от давления в системе. Наличие колебательного процесса приводит к интенсификации очистки скважины и призабойной зоны пласта за счет последователных депрессионно-репрессионных циклов. При воздействии на пласт разрушаются структуры поверхностных пограничных слоев, что уменьшает сцепление жидкости с твердой фазой и ведет к увеличению проницаемости и декольмата-ции порового пространства. Поэтому следует ожидать повышения эффективности очистки ствола и призабойной зоны в частотном режиме.

Коэффициенты тепло- и массоотдачи я, Р можно вычислить в рамках квазистационарной модели, где предполагается, что пограничный гидродинамический и диффузионный слои определяются как равновесные в зависимости от значения медленно меняющейся скорости потока w(t). Основанием для такого предположения является явление турбулентных выбросов с периодичностью Т0, которое является характерным временем, за которое полностью обновляется установления равновесия.

В рамках этой модели коэффициент массоотдачи определяется согласно

где И- коэффициент диффузии, Ргп диффузионное число Прандтля,

--- толщины гидродинамического вязкого и диффузионного слоя. В модели Прандтля величина £ = 11,4, а 5 определяется [9] из уравнения

(2)

Модель теплообмена предполагает, что:

• хвостовик насосно-компрессорной трубы имеет изоляционное фланцевое соединение от основной части НКТ, таким образом, что поток тепла не распространяется вдоль поверхности металла, а также опущен ниже интервала перфорации на длину равную L порядка 10-15 метров;

• при нагреве металла хвостовика токами высокой частоты индукционного теплового источника температура его поверхности постоянна и равна Тс= 70 - 80°С;

• средняя объемная мощность прогрева дг рабочей жидкости определяется потоком тепла от стенок НКТ и равна

где dl, d2 - диаметры НКТ и обсадной трубы соответственно; коэффициент теплоотдачи со стороны НКТ постоянная величина и определяется средней скоростью потока рабочего флюида.

В условиях непрерывной работы термоисточника уравнение теплового баланса при пульсационном движении жидкости будет иметь вид

4ла.

д \ 4псі, ґ

— + №■—= та—^— С1 - Я)

Чйг Эх) ґіїї-й? \рС„ 4 ■

і аі-аі )рс„

0,

(4)

где тЭ = I , Го- начальная температура жидкости (порядка 20-25°С).

Первое слагаемое в правой части уравнения (4) описывает поступление тепла от стенок НКТ, нагрев которых осуществляется с помощью высокочастотного индукционного нагревателя [10].

При скоростях движения флюида w=0,6-1 коэффициент теплоотдачи порядка а=1000 Вт/м К. В этом случае а >> K и можно пренебречь вторым слагаемым в правой части уравнения (4). Для оценки времени нагрева рабочей жидкости в ходе пульсаций можно также пренебречь пространственной неоднородностью при изменении температуры вдоль трубы и ре-

шение (4) будет иметь вид

где т

_ (*1-й1)рСр _

4с с -

характерное время, за которое температура рабочей

жидкости станет равной температуре стенки Тс.

Для органических жидкостей, используемых для промывки скважин, величина т составляет 20-30 сек. Поэтому для эффективного прогрева призабойной зоны необходимо работать с такими временами и опускать хвостовик на длину L порядка 20-30 метров ниже интервала перфорации. Длину индукционного теплового источника Ь определим из соотношения

I =

Г'(Т*

(6)

где IV - средняя скорость растворителя. Мощность ВИН определяется экспериментально из расчета 4 КВт на метр [10].

Для оценки эффективности Э=ММ (N=N^+^^1 использования растворителей приводится энергия, затраченная на растворение единицы массы АСПО при пульсации (табл. 1).

Таблица 1. Энергетическая эффективность очистки скважины

Растворитель а, Вт/м2К Р, м/с Ь, м Лср, КВт Лвин, кВт Э, кДж/т

Газойль 49,19 1,64Е-06 251,56 3,74 1006,25 668,04

Керосин 79,52 3,14Е-06 110,97 3,77 443,89 118,41

Нефрас 151,93 6,55Е-06 64,40 3,77 257,61 24,01

Вода 960,89 9,79Е-06 22,55 3,78 90,20 12,31

Нефть 120,67 3,68Е-06 173,99 3,75 695,97 240,58

Г ексан 382,80 1,61Е-05 54,85 3,75 219,39 11,02

КОРБ 131,27 5,01Е-06 159,94 3,75 639,77 323,71

Дистиллят 264,75 6,12Е-06 79,30 3,75 317,20 34,42

Из расчетов видно, что эффективность растворения слабо зависит от растворимости рабочей жидкости и главным образом определяется коэффициентами тепло- и массоотдачи. Массоотдача определяет скорость растворения, а теплоотдача определяет длину и мощность ВИН. Для воды эти показатели наилучшие и приемлемые длины ВИН. Близким к воде по показателям является гексановая фракция и нефрас, у которых большая скорость растворения за счет его собственной растворимости, однако по энергозатратам вода и гексан равнозначны, а нефрас хуже воды в два раза.

Источники

1. Попова А.А. Метод КИИ. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990. С. 46-47.

2. Попова А.А. Метод многократной депрессии. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990. с. 108-109.

3. Родионов И. Интенсификация добычи нефти на месторождениях ОАО «ЛУКОЙЛ» // Нефть и капитал. Нефтеотдача. 2002. № 5.

4. Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. М.: Недра, 1977. 154 с.

5. Янтурин А.Ш., Рахимкулов Р.Ш., Кагирманов Н.Ф. Выбор частоты при вибрационном воздействии на ПЗП // Нефтяное хозяйство. 1986. № 2. С. 63-66.

6. Балашканд М.И. Импульсная знакопеременная обработка призабойной зоны скважин с целью интенсификации потоков // Каротажник. 2000. № 79. С. 77-85.

7. Бажалук Я.М., Сабашко В.Я., Чистяков В.И. [и др.]. Технология комплексного воздействия па приствольную зону пласта упругими колебаниями разных частот // Каротажник. 2000. № 64. С. 91-94.

8. Янтурин А.Ш., Рахимкулов Р.Ш., Кагирманов Н.Ф. Выбор частоты при вибрационном воздействии на ПЗП // Нефтяное хозяйство. 1986. № 2. С. 63-66.

9. Марон, В.И. О частоте турбулентных выбросов в сдвиговом течении // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 2002. № 5. С. 14-16.

10. Шилов А.А., Дрягин В.В., Опошнян В.И. Тепловое воздействие на призабойную зону пласта с применением индукционного высокочастотного нагревателя // Каротажник. № 64. С. 53-55.

Зарегистрирована 01.12.2010 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.