Электромагнитный вибратор обработки призабойной зоны пласта
При длительной эксплуатации скважин имеет место снижение дебита вследствие загрязнения призабойной зоны отложениями различного рода. Метод виброобработки призабойной зоны с помощью электромагнитного вибратора способствует интенсификации притоков нефти и газа, повышению производительности и приемистости скважин, сокращению затрат, времени и средств на их освоение.
Введение .… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 13
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ………………………………………………………………………………………… 17
1.1 Анализ существующих методов увеличения дебита ……………………………………………………… 17
1.2 Волновые технологии интенсификации добычи нефти …………………………………………………. 21
1.3 Технология и оборудование ВСМА ……………………………………………………………………………… 26
1.4 Выводы ……………………………………………………………………………………………………………………….. 30
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА………………………………………………………….. 31
2.1 Определение основных размеров активатора и сердечника магнитопровода …………………. 31
2.2 Расчёт количества единичных модулей виброобработки ………………………………………………. 36
2.3 Расчёт обмоточных данных электромагнита …………………………………………………………………. 37
2.4 Расчёт массы активатора ……………………………………………………………………………………………… 39
2.5 Расчёт жёсткости пружинного подвеса…………………………………………………………………………. 40
2.6 Выводы ……………………………………………………………………………………………………………………….. 43
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МОДУЛЯ ВИБРООБРАБОТКИ ………… 44
3.1 Электрический контур модуля виброобработки ……………………………………………………………. 44
3.2 Механический контур модуля виброобработки …………………………………………………………….. 49
3.3 Система дифференциальных уравнений модуля виброобработки ………………………………….. 50
3.4 Алгоритм расчёта системы дифференциальных уравнений …………………………………………… 51
3.5 Выводы ……………………………………………………………………………………………………………………….. 52
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МОДУЛЕЙ ВИБРООБРАБОТКИ ……………………………….. 53
4.1 Анализ режимов работы при обработке нефти с низким показателем вязкости
(механическое сопротивление Rмех = 100 кг/с) ……………………………………………………………………………….. 53
4.2 Анализ режимов работы при обработке нефти со средним показателем вязкости
(механическое сопротивление Rмех = 300 кг/с) ……………………………………………………………………………….. 63
4.3 Выводы ……………………………………………………………………………………………………………………….. 73
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОПРИВОД УСТАНОВКИ ………………………………………………………………………………. 74
5.1 Разработка схемы подключения ВС-3500 ……………………………………………………………………… 74
5.2 Выбор элементов электропривода ВС-3500…………………………………………………………………… 75
5.2.1 Выбор преобразователя частоты …………………………………………………………………………………… 76
5.2.2 Выбор диода ……………………………………………………………………………………………………………….. 77
5.2.3 Аппаратура управления преобразователя частоты ………………………………………………………… 77
5.2.4 Аппаратура защиты преобразователя частоты………………………………………………………………. 77
5.2.5 Выбор автоматического выключателя ………………………………………………………………………….. 77
5.2.6 Выбор кабеля питания …………………………………………………………………………………………………. 78
5.3 Выводы ……………………………………………………………………………………………………………………….. 79
ГЛАВА 6. КОНЦЕПЦИЯ СТАРТАП-ПРОЕКТА …………………………………………………………………………… 80
ГЛАВА 7. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………………………………… 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………….. 112
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………………………………………………………………. 114
ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………………………………………………………………………….. 118
Актуальность работы
На сегодняшний день все больший интерес к трудноизвлекаемым запасам
проявляют крупные нефтегазодобывающие компании. Доля «трудной нефти»
растёт с каждым годом и на данным момент составляет более 65 % от общего
объёма [1]. Не трудно догадаться, что столь значительный процент получается
за счёт истощения легко извлекаемых запасов. Вследствие этого поиск новых
методов увеличения нефтеотдачи, а также дебита скважин является актуальной
задачей, ведь сохранение объёмов добычи нефти крайне важно для поддержания
экономики нашей страны на должном уровне.
В большинстве случаев оценка эффективности разработки нефтяного
месторождения определяется состоянием ПЗП нагнетательных и добывающих
скважин. В процессе длительной эксплуатации снижается проницаемость ПЗП,
что в свою очередь приводит к ухудшению фильтрационных характеристик
продуктивных пластов. ПЗП загрязняется, в частности, из-за скопления в порах
коллектора парафина, смол, различных механический примесей, фильтрации
бурового раствора при первичном вскрытии пласта, цементаже обсадной
колонны, фильтрации жидкостей глушения во время проведения ремонтных
работ, а также при выпадении различных продуктов реакции после закачки
химических реагентов. Для очистки и восстановления проницаемости породы
ПЗП применяют метод виброобработки.
Вибрационные методы по степени воздействия можно разделить на:
– мощные (гидродинамический метод);
– щадящие (технология ВСМА).
Механизм вибровоздействия на ПЗП состоит в формировании в ПЗП
больших перепадов давления на забое скважины фронта отраженных волн,
интерференция которых приводит в результате резонансных явлений к
возникновению в ПЗП мощных гидравлических ударов, вызывающих
микрогидроразрывы пласта, образование в нём сети микротрещин [2-6].
Виброобработка ПЗП осуществляется с помощью генератора волн
давления гидродинамического типа (вибратора), спускаемого на забой скважины
на колонне НКТ, преобразующего часть энергии потока жидкости, закачиваемой
в скважину насосными агрегатами, в гидродинамические волны давления
широкого спектра частот и амплитуд, распространяющихся в глубь пласта на
достаточно большое расстояние. Гидродинамические волны одновременно
воздействуют как на породу пласта, так и на насыщающие пласт флюиды, что
приводит:
в колебательное движение частицы породы-коллектора, их
смещению и, в конечном счёте, к разуплотнению и разрыхлению породы;
к изменению реологических свойств пластовых жидкостей,
увеличению их подвижности;
к снижению гидравлических сопротивлений в ПЗП при закачке
специальных технологических жидкостей в пласт (кислотных растворов,
поверхностно-активных веществ, реагентов и др.);
к интенсификации процессов разрушения водонефтяных эмульсий и
других смесей;
к замедлению процессов парафинизации, солеотложений и других
негативных явлений в скважине и пласте.
Гидродинамический метод имеет ряд недостатков:
– при низком пластовом давлении, а также при наличии зон
поглощений, использование гидродинамического вибратора для обработки
скважин нецелесообразно и малоэффективно;
– при превышении давления нагнетания над пластовым происходит
гидравлический разрыв пласта и дальнейший процесс закачки воды в пласт
становится неуправляемым.
Технология ВСМА, в отличие от гидродинамического метода, не несет
никаких разрушающих воздействий на породу пласта. В основном используется
для профилактики на начальном этапе заметного снижения дебита в целях
увеличения нефтеотдачи пласта.
Объект исследования – электромагнитный вибратор обработки ПЗП.
Предмет исследования – разработка конструкции, расчёт, анализ и
оптимизация режимов работы прибора на основе построенной математической
модели.
Цель работы – разработка энергосберегающего электромагнитного
вибратора для обработки ПЗП.
Устройство должно обладать следующими параметрами:
1. Питание от сети переменного тока с возможностью регулирования
частоты и величины напряжения;
2. Габариты прибора должны обеспечивать свободное конструктивное
размещение в существующих скважинах;
3. Обеспечивать воздействие на большую часть толщи нефтеносного
слоя.
Задачи, решаемые для достижения поставленной цели:
– разработка конструкции для погружения в скважину с диаметром
трубы корпуса прибора 121 мм;
– разработка математической модели, проведение анализа режимов
работы прибора для различных конструктивных решений;
– по результатам анализа режимов работы прибора на математической
модели разработка практических рекомендаций по выбору элементов
электропривода.
Научная новизна
1. Разработана математическая модель, позволяющая анализировать
режимы работы вибратора на стадии проектирования;
2. Предложен метод циклического и импульсного воздействия на ПЗП.
Практическая ценность
1. Разработана модульная конструкция электромагнитного вибратора,
обеспечивающая снижение вязкости нефти и увеличение дебита скважин, за счёт
работы прибора на резонансной частоте;
2. Разработаны практические рекомендации по применению вибратора
для обработки ПЗП.
Методы исследования – в работе использовались численные методы
решения дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутты. Математическое
моделирование осуществлялось в программной среде MathCAD 15.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным
применением допущений при математическом моделировании, использованием
известных методов решение систем дифференциальных уравнений.
В результате выполнения магистерской диссертации спроектирован
электромагнитный вибратор обработки призабойной зоны пласта. Исходя из
рассчитанных параметров ВС-3500 и результатов моделирования, можно сделать
следующие выводы:
1. Разработанные рекомендации для определения параметров при
конструировании прибора позволяют производить расчёты основных
показателей на стадии проектирования. Исходя из объёмного воздействия на
пласт, как по длине, ширине, так и по высоте нефтеносного слоя определено
количество единичных МВО прибора N = 8 шт. С учётом ограничений, связанных
с диаметров обсадной трубы, выбран внешний диаметр трубы прибора 121 мм,
определены основные размеры активатора и выбран начальный воздушный зазор
Х0 = 4 мм. Исходя из требований, по обеспечению необходимой амплитуды
колебаний активатора, рассчитаны обмоточные данные электромагнита и выбран
провод диаметром жилы d пр 0,85 мм . На основании полученных размеров
рассчитана общая масса подвижных частей вибратора М 0,928 кг .
2. Для обеспечения работы единичных МВО на резонансной частоте,
для каждого МВО рассчитана своя жёсткость пружинного подвеса и подобраны
соответствующие пружины.
3. Разработана математическая модель, позволяющая анализировать
режимы работы вибратора при различных частотах и значениях механического
сопротивления. Каждый МВО настроен на резонансную частоту, тем самым
снижая энергопотребление и увеличивая степень воздействия на ПЗП.
4. Анализ режимов работы показал, что для обработки ПЗП с низким
значением вязкости нефти Rмех = 100 кг/с необходимо ориентироваться на
следующие параметры: напряжение питания от 240 до 560 В, начальный зазор 4
мм при величине тока до 0,8 А. Для обработки ПЗП со средним значением
вязкости нефти Rмех = 300 кг/с ориентироваться на следующие параметры:
напряжение питания от 320 до 780 В, начальный зазор 4 мм при величине тока
до 1,2 А. Для обеспечения работы отдельных МВО в резонансных режимах:
– диапазон резонансных частот при Rмех = 100 кг/с от 30 до 65 Гц с
шагом 5 Гц;
– диапазон резонансных частот при Rмех = 300 кг/с от 30 до 58 Гц с
шагом 3-5 Гц.
5. Для подключения ВС-3500 к электрической сети выбрана
однофазная схема питания U = 220 В, f = 50 Гц.
6. Выбраны основные элементы силовой схемы. Подключение и
регулирование параметров ВС-3500 обеспечивается применением
преобразователя частоты марки ESQ-A200-2S0037, диода марки Vishay VS-
40EPF10PBF. В качестве аппаратуры защиты выбран автоматический
выключатель марки Schneider Electric EZ9F34116 Easy 9. Для питания ВС-3500
выбран трёхжильный нефтепогружной кабель КППпПБК-90 3х6/3 кВ.
7. В качестве экономического обоснования исследования определены
ключевые особенности продвижения ВС-3500 на Российский рынок. Для этого
была посчитана себестоимость прибора, определены целевые сегменты
потребителей, проанализированы перспективы дальнейшего развития
нефтегазодобывающей отрасли и обоснована конкурентоспособность прибора
на рынке.
8. Определены требований для безопасной эксплуатации ВС-3500.
Были рассмотрены всевозможные вредные и опасные факторы, возникающие на
месте работы, произведен анализ воздействия объекта на окружающую среду, а
также разработаны необходимые меры для предупреждения возникновения
чрезвычайной ситуации.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (154 отзыва)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (66 отзывов)
5 (91 отзыв)
5 (428 отзывов)
4.4 (93 отзыва)
4.9 (343 отзыва)
4.6 (30 отзывов)
4.7 (82 отзыва)
