CC BY
12СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДИК РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ВОКРУГ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ
12 3
Соловьев А.Я. , Саитов Р.Р. , Курбанов Ф.Р.
1Соловьев Александр Янович - кандидат технических наук, доцент;
2Саитов Рифат Ринатович - магистрант;
3Курбанов Фирдаус Раисович - магистрант, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, горно-нефтяной факультет, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
г. Уфа
При бурении в толще многолетнемерзлых пород возникают следующие осложнения: интенсивное кавернообразование; осыпи и обвалы пород; низкое качество цементирования; смятие обсадных колонн; примерзание спускаемых обсадных колонн к стенке скважины в интервале залегания ММП в зимний период. Основная причина этих осложнений - нарушение температурного режима скважины из-за применения технологии бурения без учета теплообменных процессов между мерзлыми породами и буровым раствором в ходе его циркуляции [1].
В мерзлых породах степень устойчивости стенок скважины в преобладающей мере зависит от температуры промывочного раствора: скорость таяния льда возрастает с повышением температуры внешней температуры, однако, скорость таяния льда заметно снижается при температуре жидкой среды ниже 8 °С [2]. Нормализация температурного режима скважины при бурении в мерзлых породах достигается изменением физических и теплофизических бурового раствора [1].
Математическая литература, связанная с фазовыми переходами столь обширна, что составить ее полный обзор не представляется возможным. В 1889 г. австрийский физик Иозеф Стефан предложил модель для описания таяния полярных льдов.
Задача Стефана представляет собой особый вид краевой задачи для дифференциального уравнения в частных производных, описывающая изменение фазового состояния вещества, при котором положение границы раздела фаз изменяется со временем. Наличие границ раздела между фазами, которые не задаются явно и могут смещаться со временем, является характерной особенностью таких задач. Скорость смещения межфазных границ определяется дополнительным условием на границе раздела фаз, что приводит задачу к нелинейному виду.
Одним из примеров физического процесса с фазовыми переходами является таяние льда со смещающейся границей между буровым промывочным раствором и ММП.
Решение задачи Стефана состоит в вычислении температурного или концентрационного профиля и определении положения межфазных границ в различные моменты времени. Основные трудности при решении данной задачи связаны с тем, что подвижные границы раздела фаз формируют переменные области для вычисления значений температуры или концентрации, а положение этих межфазных границ заранее не известно и также должно определяться в ходе решения.
Существуют численные методы решения задачи Стефана. Данные методы можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся методы сквозного счёта, которые позволяют не выделять границу раздела фаз и использовать общее уравнение во всей расчетной области. А ко второй группе относятся методы, предполагающее явное определение положения межфазных границ.
Главной особенностью методов сквозного счёта является отсутствие необходимости точного отслеживания положения межфазных границ, что оказывается достаточно эффективным при решении многомерных и многофазных задач. Недостатками данного подхода являются зависимость точности разностного решения от выбора параметра сглаживания и низкая точность определения положения межфазных границ.
На практике широко применяются методы, в явном виде отслеживающие движение межфазных границ. В основе всех методов данной группы лежит идея использования метода конечных разностей, когда расчёты проводятся на равномерных или же неравномерных сетках. При этом всегда определено, между какими узлами расчётной сетки находится подвижная граница, или же через какой узел она проходит. Наиболее известными среди них являются метод ловли фронта в узел пространственной сетки и метод выпрямления фронтов. Еще один подход к решению задачи Стефана предполагает использование метода динамически адаптирующихся сеток.
Для решения задачи Стефана также может быть применен и метод конечных элементов, который является самым оптимальным при решении задачи плавления зоны ММП буровым промывочным раствором [3].
Большинство этих методов: метод сквозного счета, метод конечных элементов или деформирующая геометрия лежат в основе таких пакетов как COMSOL, MATLAB, FEMLAB.
COMSOL Multiphysics - мощная интерактивная среда для моделирования и решения научных и технических проблем, основанных на дифференциальных уравнениях в частных производных (PDE). С помощью нее можно решить поставленную задачу, а результаты представить в виде графиков и проанализировать их. К примеру на рисунке 1 представлена модель скважины, где показана движение бурового раствора, температура которого равна Т 0(х) нисходящего потока и Т^х) восходящего потока. Интервал от x до х + Дх -интервал залегания ММП. И с помощью COMSOL Multiphysics и этой модели, мы будем решать задачу Стефана [4].
Рис. 1. Модель скважины при бурении ММП Список литературы
1. Кудряшов Б.Б., Чистяков В.К., Литвиненко В.С. Бурение скважин в условиях изменения агрегатного состояния горных пород. Л.: Недра, 1991. 295 с.
2. Быков И.Ю. Термозащита конструкций скважин в мерзлых породах. [Текст]: учеб. пособие/ И.Ю. Быков, Т.В. Бобылёва. Ухта: УГТУ, 2007. 131 с.: ил. Термические факторы.
3. СегерлиндЛ. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.
4. Введение в COMSOL Multiphysics. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.comsol.ru/shared/downloads/IntroductionToCOMSOLMultiphysics_R U52a.pdf/ (дата обращения: 10.05.2017).
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА MWD NAVIGAMMA Левинсон Л.М.1, Маннапов Д.А.2, Душко С.Р.3, Рахматуллин И.А.4
1Левинсон Лев Михайлович - профессор;
2Маннапов Даян Айсович - магистр;
3Душко Станислав Русланович - магистр;
4Рахматуллин Ильмир Алмазович - магистр, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, горно-нефтяной факультет, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
г. Уфа
Высокая выработанность запасов углеводородов обусловливает обводненность продукции и снижение дебитов скважин. Из-за несовершенства техники и технологии разработки нефтеотдача нефтегазовых пластов не превышает 30 - 35 %. Более полное извлечение углеводородов из пластов является важной народнохозяйственной задачей. При кустовом бурении профиль направленных скважин должен обеспечить заданную сетку разработки месторождения и экономически рациональное число скважин в кусте. Направленное бурение используется широко и разнообразно. Недостаточный контроль и профилактических мероприятий очень часто приводит к искривлению скважины, значительному смещению забоя от цели (круг допуска) [1].
Практическая необходимость и экономическая целесообразность разработки и создания телеметрических систем с возможностью выдачи информации в процессе бурения были обусловлены в середине семидесятых годов резким ростом числа наклонно-направленных скважин, проводка которых требовала частых инклинометрических измерений для геометрического построения траектории ствола скважины [2].
В практике бурения наклонных скважин в России и в мире успешно
применяются телеметрические системы разных фирм. Однако при использовании телеметрической системы MWD NaviGamma, возможно контролировать в процессе бурения величины зенитных, азимутальных углов и положение отклонителя, а также некоторые режимные параметры [3].
Преимущества Measurements While Drilling (MWD):
• Обеспечивает данными по инклинометрии в режиме реального времени, передаваемыми оборудованием, спущенным в скважину в составе КНБК.
• НЕТ необходимости в электрическом кабеле.
• Не нужно приостанавливать бурение для получения замера.
• Получение данных по toolface при слайдировании в режиме реального времени.
• Дает возможность применять автоматизированную систему саморегулирования (эти системы уже применяются в Автотраке, Вертитраке и т.д.) - их называют closed loop path control.
• Эти приборы (MWD) могут передавать много больше информации, нежели просто данные по инклинометрии и положению отклонителя и вся эта информация
