Моделирование гидродинамики двухфазного потока в подъёмных трубах нефтяных скважин

Гидродинамика ламинарного двухфазного потока в процессе подъема нефти или газа на поверхность существенно влияет на весь технологический процесс эксплуатации скважин. В работе представления физико-математическая постановка задачи о ламинарном течении несущей среды с твёрдыми частицами и приведены результаты численных расчетов полей скоростей водонефтяного потока и концентрации частиц в эксплуатационных колоннах скважин. Сформулированы основные практически выводы и рекомендация.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 8

1 Геологическое строение Усть-Балыкское месторождения …………………………. 9

1.1 Общие сведения о месторождении ………………………………………………………… 9

2 Общая информация и обзор литературы по исследованию двухфазных
потоков…………………………………………………………………………………………………… 17

2.1 Характеристика различных фаз потоков в колоннах труб нефтяных скважин
2.2 Характеристики жидкости, содержащей твердые частицы ……………………. 22

2.3 Силы действующие на твердую частицу в сплошном потоке ………………… 25

2.4 Ограничение способов моделирования потока жидкости с твердыми
частицами ………………………………………………………………………………………………. 28

2.5 Механические примеси ………………………………………………………………………. 29

2.5.1 Технические методы борьбы с механическими примесями ………………… 29

2.5.2 Сложности добычи углеводородов, связанные с образованием
механических примесей …………………………………………………………………………… 33

2.6 Ограничения, связанные с повреждением эксплуатационной колонны ….. 34

2.7 Исследования частиц, которые могут оказывать негативное воздействие на
насосы ……………………………………………………………………………………………………. 35

3 Постановка задачи и основные уравнения………………………………………………. 37

4 Результаты численных расчетов…………………………………………………………….. 44

5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ….. 50

5.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………….. 50

5.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………….. 51

5.3 Обоснование выбора исследования……………………………………………………… 52

5.4 Определение перечня работ и оценка времени на их выполнение ………….. 53
5.5 Бюджет научного исследования ………………………………………………………….. 56

5.6 Экономическая эффективность …………………………………………………………… 61

6 Социальная ответственность …………………………………………………………………. 62

6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……….. 63

6.2 Производственная безопасность …………………………………………………………. 64

6.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………………… 65

6.3 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия опасных и
вредных факторов на исследователя …………………………………………………………. 68

6.3.1 Требования безопасности перед началом работы ………………………………. 68

6.3.2 Требования безопасности во время работы ……………………………………….. 69

6.3.3 Требования безопасности в аварийных ситуациях ……………………………… 70

6.3.4 Требования безопасности по окончании работы ………………………………… 70

6.4 Анализ условий труда на рабочем месте ……………………………………………… 71

6.4.1 Анализ показателей микроклимата …………………………………………………… 71

6.4.2 Анализ показателей шума и вибрации ………………………………………………. 72

6.5 Анализ освещенности рабочей зоны ……………………………………………………. 73

6.6 Анализ электробезопасности ………………………………………………………………. 73

6.7 Анализ пожарной безопасности ………………………………………………………….. 74

6.8 Экологическая безопасность ………………………………………………………………. 75

6.9 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 78

Заключение …………………………………………………………………………………………….. 81

6 Список использованной литературы ………………………………………………………. 82

Приложение А ………………………………………………………………………………………… 85

В результате проделанной исследовательской работы были выявлены:
Твердых частиц размером 20 мкм при дебите 100 м3/сут, угле наклона ствола
10 градусов и вязкости скважинного флюида 1 мПА*сек не поднимаются
выше 180 метров;
Частицы размером dj >40 мкм при средних дебитах Qж =250-300 м3/сут при
небольших углах наклона ствола скважины (< 15 градусов) оседают на стенке эксплуатационной колонны на высотах 200-250 метров над забоем; Фракции частиц 100 и 200 микрон не могут проходить через сетку фильтра и собираться снаружи из-за не происходит равномерного обтекания поверхности двигателя и гидрозащиты. Для анализа и прогнозирования характеристика течения жидкости с твердыми частицами в вертикальной скважине была разработана простая математическая модель, которая учитывает теплоперенос и взаимодействие между жидкостью и твердыми частицами:  Вычислительный алгоритм обеспечивает систематический подход для прогнозирования областей с высокой концентрацией частиц и оптимальных полей скорости и температурой переноса для предотвращения осаждения и накопления частиц в вертикальных нефтяных скважинах;  Методология может быть использована для снижения затрат путем определения оптимальных условий эксплуатации, которые сводят к преуменьшению проблемы обеспечения потока, время простоя и тяжелые требования к восстановлению для течения жидких частиц в вертикальных скважинах под различные ограничения; При наличии тонкодисперсных частиц в потоке для увеличения СНО насосного оборудования необходимо в скважине устанавливать фильтры ближе к приему УЭЦН. При этом фильтры должны обеспечивать надежное улавливание частиц размером менее 10-15 мкм. 5.

1. ДополнениектехнологическойсхемеразработкиУсть-Балыкское
месторождения. – ООО «РН-Юганскнефтегаз», 2007 г.
2. Бабуха Г.Л, Шрайбер А.А Взаимодействие частиц полидисперсного
матерала в двухфазныых потоках.– Киев: Наукова думка. 1972.175с.
3. Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 66
(2011), No. 6, pp. 979-989
4. Хайбуллин , Р. М. Предотвращени е пескопроявлени й из скважи н
осложненного фонд а [Текст ] / Р . М . Хайбуллин , А . Р . Эпштейн , В. Г.
Карамышев, А. А. Бекбаулиева, Л. Р . Хасаншин / / НТЖ «Проблемы сбора,
подготовк и и транспорт а нефт и и нефтепродуктов » / ИПТЭР . 2009. Вып.
4 (78). С. 3741.
5. Нигматуллин Р. И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. М.: Наука, 1987. Ч.
1. 464 с. Ч. 2. 360 с.
6. 2. Кутепов А. М., Латкин А. С. Вихревые процессы для модификации
дисперсных систем. М.: Наука, 1992. 250 с.
7. Маркелов Д.В. Центробежная сепарация газа и твёрдых частиц в приёмных
устройствах поrружных насосных установок для добычи нефти. – Дис ….
канд. техн. наук.- М., 2007. – 118 с.
8. Влияние механических примесей и методы борьбы с ними при
эксплуатации скважин погружными центробежными насосами в ОАО
•Юганскнефтегаз• j Дроздов А.Н., Кудряшов С.И., Маркелов Д.В. и др. –
Доклады XII Всероссийской технической конференции по УЭЦН,
Альметьевск, 27-30 сентября 2004 г.
9. Маркелов Д.В. Опыт эксплуатации УЭЦН в условиях интенсификации
добычи нефти и роль сервиса в работе поrружного комплекса. -Доклады XI
Всероссийской технической конференции ОАО ~АЛНАС•. – М.: АЛНАС. –
2002 г.
10. Влияние модифицирования, микролегирования и термической обработки на
коррозионную стойкость и механические свойства стали 15Х5М / Т. В.
Тетюева [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. —
2012. — № 10. — С. 15–22.
11. Трение и износ насосного оборудования в скважинах с повышенным
содержанием механических примесей / А. Г. Газаров, В.П. Жулаев, А. Р.
Буранчин и др. // нефтегазовое дело. 2011. Т. 9, № 1. С. 25-30
12. Башкатов А.Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин. М.: Недра-
Бизнесцентр, 2003. 554 с.
13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Гидродинамика. М.:
Физматлит, 2001. Т. VI. 736 с.
14. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.
15. Седов Л.И. Механика сплошной среды. СПб.: Лань, 2004. T. 1. 560 с.
16. Valle A. Multiphase pipeline flows in hydrocarbon recovery // Mult. Sci. Tech.
V.10. 1998. P.1–139.
17. Brinkmann H.C. On the viscosity of emulsions // J. Chem. Phys. V.20. 1952. №
3. P. 571–584.
18. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: учеб. пособие для вузов. М: Изд-
во РГУ, 2003.
19. Численноемоделированиеобтеканияпогружнойчастиустановок
электроцентробежных насосов с фильтром а.с. [Текст] / Топольников, Т.К.
Уразаков, Д.П. Казаков // 2009, Tом 7, № 2. – C. 89–95.
20. F.H. Harlow and J.E. Welch. Numerical calculation of time-dependent viscous
incompressible flow with fluid with free surface. Physics of Fluids, 8 :2182–2189,
1965.
SIMULATION OF THE HYDRODYNAMICS OF TWO-PHASE FLOW IN
RISER PIPES OF OIL WELLS