CC BY
113
УДК 622.245.54
Д. В. Прощекальников, Е. И. Кульментьева, Р. Р. Рамазанов, С. Д. Солодов, А. И. Гурьянов
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ СКВАЖИНЫ
Ключевые слова: скважина, пульсация, энергетические затраты, нефть.
В работе использовано моделирование динамики апериодического движения рабочей жидкости в воздействии на нефтяную скважину и пласт. Адекватность модели проверена на нагнетательной скважине записью динамики давления в призабойной зоне. Модель позволяет провести оценку энергозатрат для гидроимпульсного способа дренирования по сравнению с непрерывным, используемым на практике. По суммарным энергетическим затратам пульсационный режим экономичнее непрерывного в 3-3,5 раза.
Keywords: well, pulsation, energy costs, oil.
We used the simulation of the dynamics aperiodic movement of the working fluid in the Business Plan will repay the oil wells and reservoirs. Adequacy of the model tested for recording the dynamics of the injection well pressure at the bottom hole. The model allows to assess the energy consumption for the drainage of mud pulse method compared to continuous used in practice. In total energy costs Pulsating economical continuous 3-3.5 times.
Введение
За последние годы внимание многих исследователей и инженеров привлекает идея использования гидроимпульсных способов воздействия (ГИВ) на нефтяной пласт. Возникающая при этом нестационарные потоки рабочей жидкости в скважине и пласте способствуют усилению массообменных процессов разного рода. В скважине повышается скорость очистки, а в пласте происходит интенсификация перетоков между неоднородными частями коллектора, что ведет к рассредоточению кольмати-рующего эффективное пустотное пространство материала в объеме пласта и разблокированию зон, целиков, насыщенных нефтью и пластовой водой.
Для создания импульсов в скважинах могут быть использованы гидроимпульсные насосы типа НПГ, гидроимпульсные пульсаторы типа П-1 или ПГС-1 и виброструйное устройство типа УВС-1, разработанные НПО «ПАРМ-ГИНС» [1]. Спуск этих устройств в призабойную зону осуществляется с помощью НКТ. В качестве флюидов используются вода, нефть и водные растворы химических реагентов (кислоты, ПАВ и др.). Метод ГИВ применяется в компаниях «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть», «Когалымнефте-газ», а также «Сургутнефтегаз» и «Ноябрьскнефтегаз». Коэффициент успешности работ составил 7595%, а среднесуточный прирост добычи нефти из малодебитных скважин — 5-6 т/сут. Приемистость нагнетательных скважин возрастала в 1,5-4 раза. Частотный диапазон составлял 5-50 Гц. Сведений по оценке времени сохранения эффекта от обработки пород методом ГИВ не приводится [1].
В работах [2], [3] 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 [4]. Осуществление таких колебаний предусматривает периодическое движение столба жидкости в скважине с помощью поверхностного генератора импульсов давления
(ГИДП). Генератор размещают на устье скважины на обсадной колонне или на ее боковом отводе, заполненных жидкостью. Колебания осуществляются с помощью переменного нагнетания и стравливания сжатого до давления 15 МПа, воздуха.
Методы гидроимпульсного воздействия на ПЗП также нашли свое воплощение в создании устьевой аппаратуры по формированию знакопеременных импульсов давления в призабойной зоне, что сопровождается образованием в скважине стоячей волны [5], [6]. Для получения наибольшей амплитуды колебаний стоячей волны в нагнетательных скважинах с обсадной колонной 4 и 5 дюймов закачка флюида проводится до давления 15 МПа, а в добывающих до 10 МПа. При этом в призабойной зоне возникают репрессионно-депрессионные импульсы давления, способствующие срыву адсорбционных отложений в поровом пространстве пласта.
Авторами работы [7] отмечается, что совершенствование технологии использования методов ГИВ следует вести исходя из следующих условий:
Во-первых, очевидна необходимость снижения силовых нагрузок, поскольку поддержание давлений 10-20 МПа при расходе рабочего флюида до 500 м3/сут связано с повышением энергозатрат.
Во-вторых, следует отдавать некоторые предпочтение методам, использующим низкочастотные колебания вследствие их меньшего поглощения в поровых каналах пласта. Эффективно использовать смешанные частотные режимы обработки ПЗП.
В-третьих, для выбора выгодного с точки зрения энергосбережения режима обработки, необходимо использовать математическое моделирование. Последнее важно использовать также по причине отсутствия единой методологии выбора как метода обработки ПЗП, так и конструкции наземного оборудования, обеспечивающего необходимый режим воздействия при экологически чистой и мало затратной технологии. На сегодняшний день такой выбор осуществляется в виде рекомендаций и носит вероятностный характер, что представляет собой дорогостоящий метод проб и ошибок.
Первые два требования можно удовлетворить, выбирая нагрузки и частоты исходя из колебательных свойств самой скважины [7]. Ее основные конструктивные элементы: обсадная и насосно-компрессорная труба (НКТ) с устьем и забойной зоной представляют собой коаксиальный и-образный элемент. Вместе с находящимся в скважине флюидом он может рассматриваться как колебательное звено. Знакопеременное движение жидкости осуществляться посредством ее нагнетания насосом и с последующим стравливанием давления посредством ресивера. При этом, время нагнетания Т и время сброса давления Т2 зависят от объема ресивера.
1. Эффективность гидроимпульсного способа низкочастотной обработки скважины
Моделирование динамики апериодического движения рабочей жидкости может быть описано системой уравнений [8]. С этой целью вся гидравлическая система нагнетания и сброса давления разбивается на 6 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 О0(т),
О1 (т), О2 (т), Оп (т), О3 (т) - объемные расходы в НКТ, ПЗ, КП, НЛ, ЛСД соответственно, а также РзабСО, Руст(т), Р0(т), Рр(т) - давления в ПЗ,
на устье скважины, на уровне спуска НКТ в скважину, в газовой подушке ресивера.
Адекватность модели была проверена на нагнетательной скважине записью динамики давления в призабойной зоне. Модель позволяет провести оценку энергозатрат для гидроимпульсного способа дренирования по сравнению с непрерывным, используемым на практике.
При непрерывной прокачке жидкости ее скорость постоянна и определяется напором А3 из соотношения
ДР = Я
Нг
0 ■
Р 02
+ я
Нс Р 1
(1)
где НКТ
ReНКТ =
я0 , и КП,
wodo
d0 2 d1 2 Я i коэффициенты сопротивления в зависящие от чисел Рейнольдса и Rem =■
от
w^i
- это гидравлическое сопротивление, равное Рэц10н), определяемое по формуле:
РэцнШ0) = Papt (2 - q - 4-q)2) (2)
Q0pt - оптимальная производитель-
где
q =
Он (г)
о,
ор!
ность насоса, соответствующая максимальному значению его к.п.д., Р° - рабочее давление насоса в
оптимальном режиме. Значение А = 0,7 - 0,9 в зависимости от типа насоса [8].
Решение (1) с учетом (2) а также уравнений непрерывности в насосной линии, НКТ и КП
О = wnSn = w,S,, позволяет найти значения ста-
^ н 0 0 1 1 у
ционарных скоростей и соответствующих им чисел Рейнольдса в КП и НКТ в зависимости от задаваемых значений АР. При этом теоретические энергозатраты вычисляются согласно соотношению:
N = Он • Рэцн(Он) (3)
Для пульсационного режима, расчет ЫТ сводится к осреднению по пульсационному периоду
1
T
NT = V 1 Рн (t) • Q н (t) dt T 0
(4)
Результаты сравнительного анализа энергозатрат в непрерывном и пульсационном режимах приведены ниже.
Мощность насоса, кВт
-Непрерывный режим
■ - - Пульсянионний режим
I
" ■ ,
Нагнетание
С 'брос Alone,пня
Риньтрация
Время, с
Рис. 1 - Теоретические энергозатраты ^ для импульсного и непрерывного режимов прокачки (К=0,5 мкм2, Ро0 = 20 атм, Q0pt = 0,3 м3/мин; Т1 =
80 с, Т2=120 с)
На рис.1 приведена динамика изменения величины ЫТ в реальном масштабе времени. На участке нагнетания давления нет расхождения в энергозатратах и значения Рэцн (т) и О^т) соответствуют
непрерывному режиму.
Результаты сравнительного анализа энергозатрат в непрерывном и пульсационном режимах приведены ниже. На рис.1 приведена динамика изменения величины в реальном масштабе времени. На участке нагнетания давления нет расхождения в энергозатратах и значения Рэц[т) и Он(т) соответствуют непрерывному режиму.
Таблица 1 - Теоретические затраты электроэнергии на прокачку для двух режимов
Стационарный режим Пульса-ционный
Popb атм ReHKT КеКП N1, кВт N2, кВт
10 71600 35310 4.99 1.25
15 80770 39760 7.16 1.76
20 86820 42680 8.88 2.27
25 91130 44760 10.26 2.77
30 94370 46320 11.38 3.25
v
V
Расхождение начинается на участке фильтрации, где ресивер находится в равновесии и давление повышается. При этом расход понижается до уровня фильтрационного потока Q1. При сбросе давления картина становится ассиметричной. Давление практически падает до нуля, поскольку насос работает в холостом режиме, а расход возрастает до уровня, определяемого равновесием в линии сброса. Выигрыш суммарных энергозатрат происходит в пользу пульсационного режима.
В таблице 1 приведены результаты расчетов средней мощности Ыт по (3) и (4). Из таблицы видно, что по энергетическим затратам пульсацион-ный режим выигрывает в 3-3,5 раз.
Литература
1. Родионов Игорь. Интенсификация добычи нефти на месторождениях ОАО «ЛУКОЙЛ» // Нефть и капитал / Нефтеотдача.- 2002. - №5.
2. Балашканд М.И. Импульсная знакопеременная обработка призабойной зоны скважин с целью интенсификации потоков // Каротажник. 2000. - № 79. - С. 77- 85.
3. Бажалук Я.М., Сабашко В.Я., Чистяков В.И. и др. Технология комплексного воздействия па приствольную зону пласта упругими колебаниями разных частот // Ка-ротажник. 2000. - № 64. - С. 91- 94.
4. Янтурин А.Ш., Рахимкулов Р.Ш., Кагирманов Н.Ф. Выбор частоты при вибрационном воздействии на ПЗП // Нефтяное хозяйство. 1986.- №2.- с. 63-66.
5. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин, М., Недра. - 1990г.- С. 46-47.
6. Патент КУ№2159326. Способ и устройство освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием Приоритет от 15.12.1999. Авторы: Нурисла-мов Н.Б., Сеночкин П. Д., Закиев М.Г., Миннулин Р.М.
7. Гурьянов А.И., Прощекальников Д.В., Фассахов Р.Х., Сахапов Я.М., Файзуллин И.К., Розенцвайг А.К. Струк-туросберегающая технология импульсного дренирования нефтяных пластов. // Нефтяное хозяйство. 2004.-№12.- с. 92-93.
8. Прощекальников Д.В., Рамазанов Р.Р., Солодов С.Д., Иванов Б.Н. Моделирование гидродинамики и тепломассообмена для определения эффективности очистки нефтяной скважины органическими растворителями в частотном режиме // Вестник КГТУ. 2012. №20 с. 196198.
© Д. В. Прощекальников - доц. каф. ПАХТ КНИТУ, raduga_60@mail.ru; Е. И. Кульментьева - ст. препод. той же кафедры, elena_kulmenteva@mail.ru; Р. Р. Рамазанов - Исполнительный директор ОАО "НИИ нефтепромысловой химии", ramazanov_r_r@mirrico.com; С. Д. Солодов - проф. каф. ЭЭ КГЭУ; А. И. Гурьянов - Менеджер проекта ООО "Миррико".
© D. V. Proschekalnikov - Associate Professor buttermilk, KNRTU, raduga_60@mail.ru; E. 1 Kulmenteva - Art. St. buttermilk, KNRTU, elena_kulmenteva@mail.ru; R. R. Ramazanov - Executive Director of "Institute of oilfield chemicals", ramazanov_r_r@mirrico.com; A. I Guryanov - Professor cafes. EE KSPEU; S. D. Solodov - Project Manager Ltd. "Mirrico".
