WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таблица 2 – Диапазон регулирования технологических параметров Наименование параметра Диапазон регулирования параметров Плотность, кг/м3 1020 Условная вязкость, с 20 н/т Фильтрация по ВМ-6, м3•10-6/30 мин 2 Статическое напряжение сдвига, дПа 0 рН раствора 8,5 9,Динамическое напряжение сдвига, Па 6 Пластическая вязкость, мПА•с 18 Таким образом, было выявлено, что растворы геля на основе гидрозолей алюминия соответствуют сформулированным требованиям по способу их получения и основным технологическим свойствам, обеспечивающим получение буровых растворов с плотностью, близкой к плотности воды и стабильных пен.

Третий раздел посвящен разработке технологии первичного вскрытия продуктивных отложений и проведения капитального ремонта скважин с использованием стабильных пен.

Приведен обзор по физико-химическим явлениям, определяющим условия получения стабильных пен, основным параметрам, характеризующим их состояние и способам получения стабильных пен.

Для планирования и ведения процесса первичного вскрытия пластов и капитального ремонта скважин с использованием стабильных пен предложена методика расчета следующих параметров:

расчет распределения давлений в стволе скважины в статических условиях;

расчет минимального расхода пены при заданной кратности для обеспечения выноса шлама;

расчет распределения давлений в стволе скважины при промывке;

расчет материального баланса фаз при заполнении скважины пеной;

расчет пеногенератора для получения стабильных пен с заданной кратностью;

расчет потерь напора в циркуляционной системе (насадка долота, турбобур, бурильные трубы, кольцевое пространство, обвязка насоса);

расчет расхода пены на долив скважины при подъеме труб.

В основу методики расчета распределения давления по стволу скважины приняты принципы гидродинамических расчетов движения газожидкостной смеси в стволе скважины при отсутствии относительного движения фаз, из условия стабильности пены (2) г = Г/(1+Г) = (qг/qж )/ (1 + qг/qж ) = qг /(qг +qж ), где Г – газовый фактор, м3/м3; qг- объемный расход газа при движении пены, м3/с; qж- объемный расход жидкости при движении пены, м3/с.

Последовательность расчета распределения гидростатического давления по стволу скважины предполагает:

определение термобарических условий на расчетном шаге по стволу скважины;

расчет удельных объемов растворенного и газообразного азота при термобарических условиях расчетных шагов;

расчет физических параметров азота и пены при термобарических условиях расчетных шагов;

расчет гидростатических градиентов давления и их обратных величин на расчетных шагах;

расчет длин расчетных шагов по стволу скважины, соответствующих принятому распределению давления по стволу скважины.

Расчет температур на устье и на забое при промывке стабильной пеной производится с использованием известных зависимостей, принятых в бурении, при допущении отсутствия тепловых эффектов при сжатии и расширении азота.

Определение температуры на расчетном шаге давления производится по интерполяционной формуле, принятой при гидродинамических расчетах движения газожидкостной смеси в колонне подъемных труб нефтяных скважин.

Для упрощения вычислений растворимости азота и повышения точности расчета при термобарических условиях расчетных шагов предложено уравнение расчета поправки к коэффициенту Генри (3) Н = exp(Ln (H (Pв0, Т)) • 0,0812•Ln(Pш)+0,5985), где H (Рв0, Т) – коэффициент Генри, рассчитанный по уравнениям А.Ю. Намиота;

Рш - давление расчетного шага.

Проверочные расчеты по растворимости азота в воде показали, что в диапазонах температур 0 –50 0С и давлений 0,20 - 20,27 МПа, соответствующих термобарическим условиям применения пенных систем для технологии капитального ремонта скважин, достигается необходимая точность расчета растворимости азота в воде (рисунок 1).

Расчет распределения давления от гидростатического давления столба пены производится путем численного интегрирования по заданным шагам его изменения и сводится к вычислению интеграла РН = (dH/dp) • dp.

(4) Р 2,1,Vac,м^3/м^3, T=25 C Vap,м^3/м^3, T=25 C Vac,м^3/м^3, T=50 C Vap,м^3/м^3, T=50 C 0,0 5 10 15 20 Давление, МПа Рисунок 1 – График сравнения справочных и расчетных величин растворимости азота в воде Составляющие гидростатического давления в стволе скважины (МПа) рассчитываются как сумма произведений градиентов гидростатического давления расчетного шага ((dP/dH)гсш) и высоты расчетного шага до расчетной длины ствола скважины (hш) по уравнению i=lp (5) Ргст = (dP/dH)гст•hш.

i=Проведенные расчеты гидростатического давления в стволе скважины позволили определить необходимую кратность пены для проведения капитального ремонта скважин на ОНГКМ при средней глубине кровли продуктивных отложений 1450 м (рисунок 2).

Разработка способа получения стабильных пен основывалась из теоретических условий достижения их стабильности.

Растворимость, м / м Область кратности пены при глушении скважин в центральной зоне ОНГКМ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Кратность пены Рисунок 2 – График зависимости гидростатического давления на глубине 1450 м от кратности пены (ж = 1020 кг/м3) Устойчивость и срок "жизни" пены обеспечивались путем использования трехфазных растворов, достижения принципа равновесия пены за счет монодисперсности и равенства внутренних давлений в пузырьках газовой фазы пены, реологических показателей непрерывной среды, препятствующих относительному движению фаз и истечению жидкости по каналам Плато под действием капиллярных и гравитационных сил.

Выполненные расчеты показали, что для достижения стабильности пен при снижении поверхностного натяжения фильтрата промывочной жидкости до 0,048 Н/м и плотности жидкой среды, равной 1020 кг/м3 при нормальных условиях, необходимо обеспечить предельное напряжение сдвига, равное 4,6 Па, а удельную поверхность раздела фаз 12700 м2.

Для достижения высокой дисперсности пузырьков пены выбран способ дробления азота через пористую мембрану, с дополнительным срезом Гидростатическое дамвление, МПА развивающегося пузырька лопастью активатора на устье поры мембраны, скользящего по ее поверхности в жидкую среду. При этом размер пор фильтра соответствовал 16•10-6м, а число оборотов активатора от 4 до 18 С–1 в зависимости от необходимой кратности получаемой пены.

Для изучения свойств пены были исследованы следующие составы и параметры коллоид-полимерных растворов в качестве непрерывной среды пены (таблица 3).

Таблица 3 – Составы и параметры коллоид-полимерного раствора для получения стабильных пен № Концент- Состав Параметры коллоид-полимерного раствора состава рация коллоидного Плотность, Водоотдача, СНС10, 0,, коллои- раствора, кг/м3 10-6•м3/30 Па Па мПа•с дов, М мас % мин.

1 0,10 1020 3,5 0 7,6 2 0,15 1%КМК+ 1030 3,5 6 7,9 3%МК+ 3 0,20 1040 3,5 15 8,2 +0,3% 4 0,25 1050 3,5 21 20,1 NaOH 5 0,30 1060 3,5 30 28,2 6 0,35 1,070 3,5 45 36,3 Примечание: КМК – карбоксил модифицированный крахмал; МК – модифицированный крахмал; NaOH – каустическая сода.

Изучение параметров пен проводилось на составах с кратностью 7, которая отвечает средним условиям их применения на ОНГКМ.

Результаты замеров представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Свойства пен при кратности, равной Номер ПАВ Концентрация Кратность Плотность Стабильсостава ПАВ, вес.% пены пены ность пены, (ст.у.), сут кг/м1 0,9 7 0,145 2 0,9 7 0,147 АДМА 3 0,9 7 0,149 4 0,9 7 0,150 5 0,9 7 0,152 6 0,9 7 0,153 >Примечание: АДМА – неионогенный ПАВ При расчете гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе и давления на насосе были учтены особенности, связанные с несоответствием гидростатических составляющих трубного и затрубного пространств, определением потерь напора при движении двухфазного потока по трубному и затрубному каналам скважины, насадкам долота, гидравлическому забойному двигателю и др.

Последовательность расчета гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе с использованием ПЭВМ предполагает определение распределения давлений в затрубном пространстве по стволу скважины и нахождение давления на забое, расчет потерь напора в долоте и гидравлическом забойном двигателе. После этого определяется давление в сечении трубы над гидравлическим забойным двигателем.

Распределение давления по стволу скважины и в трубах при течении пены как двухфазного потока, определяется гидростатической и гидродинамической составляющими.

Для выполнения расчетов гидравлических сопротивлений при движении пен были определены зависимости реологических показателей от кратности пен, которые представлены на рисунках 4,5.

раствор 25 раствор раствор п = oP + 0,122K3 - 2,146K2 + 12,274K R2 = 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 Кратность пены Рисунок 3 – График изменения динамического напряжения сдвига от кратности пены Для вычисления гидродинамической составляющей dPгд использованы уравнения Г.С. Телетова.

dPгд = dPтр + dPуск, (6) где dPтр – составляющая сил трения; dPуск – составляющая инерционных сил.

Составляющая сил трения на расчетном шаге (dр/dH)трз определяется уравнением (7) (dр/dH)трз = 10-6 • /(2•g•F•dг ) • [(f•г•Uг2) +((1-f) • (ж •Uж2))], Динамичемкое напряжение сдвига, Па где - гидравлический коэффициент трения; g – ускорение свободного падения; F – площадь канала течения, dг – гидравлический диаметр трения, f – объемное газосодержание, г – плотность газовой фазы при термобарических условиях расчетного шага, Uг – скорость движения газа, ж – плотность жидкой фазы на расчетном шаге, Uж – скорость движения жидкости.

раствор раствор раствор yп = yP + 0,1364*K3 - 2,4362*K2 + 15,469*K R2 = 0,Кратность пены Рисунок 4 – График зависимости пластической вязкости от кратности пены Составляющая инерционных сил рассчитывается по уравнению (dр/dH)уск=10-6/g •[(f•г•Uг)+((1-f)•ж•Uж)]h-[ (f•г•Uг)+((1-f)•ж•Uж)] h+dh. (8) Вычисление потерь напора в трубах производится от долота. Перепад давления в долоте и гидравлическом забойном двигателе при движении Пластическая вязкость, мПа * с двухфазного потока рассчитывается по формулам Р.А.Мукминова и М.Р.Мавлютова.

После определения давления на забое, перепадов давления в долоте и гидравлическом забойном двигателе рассчитывается давление в трубах в сечении над гидравлическим забойным двигателем по уравнению (9) Рнт = Рз + Рд.см + Ргзд.см, МПа где Рз – давление на забое скважины, МПа., Рд.см – перепад давления в долоте при течении жидкости, МПа, Ргзд.см - перепад давления в гидравлическом забойном двигателе, МПа.

Расчет гидростатической составляющей в трубах определяется также по принципу интегрирования по шагу с определением физических параметров газа, жидкой среды и пены. При этом за величину давления начала первого шага принимается давление Рнт.

Потребная производительность мультифазного насоса определяется необходимым расходом пены для обеспечения выноса шлама.

Особенностью поведения пены при движении по стволу скважины системы является изменение физических параметров, характеризующих как саму консистенцию пены, так и ее скоростные параметры.

Для расчета минимального расхода пены при термобарических условиях забоя, обеспечивающего витание частицы шлама заданного размера и плотности, использовано уравнение Е.Г. Леонова (10) Frг• г/(ш +0,008) • Frж• ж/(ш +0,008) = 0,011, где г, ш, ж – плотность соответственно частиц газа, шлама и жидкости;

Frг, Frж – числа Фруда для газовой фазы и жидкой непрерывной среды, соответственно.

Объемные расходные доли фаз в потоке смеси и расходы при этом определяются по формулам (11) Qж = Qг • (1-г)/ г, где Qж и Qг – объемный расход соответственно жидкости и газа; г – объемное газосодержание.

(12) г = Qг/Fк ; ж = Qж/Fк, где Fк – площадь поперечного сечения канала, м2.

Проведенные расчеты показали, что витание частиц шлама с эквивалентным диаметром 0,004 м и плотностью 2700 кг/м3 при работе в эксплуатационной колонне диаметром 177,8 мм с толщиной стенки 8,05 мм, бурильным инструментом диаметром 89 мм при газовом факторе 5,4 м3/т на глубине 1737 м происходит при следующих расходных параметрах на забое: Qжз = 0,0054 м3/с, Qгз =0,00013 м3/с;

на устье: Qжу =0,005 м3/с, Qгу = 0,019 м3/с.

Для расчетов аппаратного обеспечения за критерий величины расхода принимается удвоенный минимальный расход насоса по жидкости, необходимый для выноса шлама максимального ожидаемого размера.

Данный расход обеспечивает вынос шлама и работу гидравлических забойных двигателей в колонне диаметром 177,8 мм.

Учитывая, что стабильные пены в нормальных условиях являются малоподвижными системами в силу высоких структурно-механических и реологических показателей, а также небольшой гравитационной составляющей, необходимым условием подачи их в мультифазный насос может быть предварительное нахождение пены под избыточным давлением. Поэтому работа с использованием стабильных пен должна предполагать наличие закрытой циркуляции и нахождение ее на поверхности под давлением порядка 0,15 МПа.

Для планирования операции глушения скважины и производства спускоподъемных операций разработаны методики расчета материального баланса на заполнение скважины, циркуляционной системы и объема пены на долив скважины при подъеме инструмента.

Расчет потребности азота и жидкой среды на заполнение скважины пеной, а также на замещение объема материала колонны труб при подъеме производится путем определения объемов газообразного и растворенного азота и жидкости по длинам расчетных шагов и их суммированием.

Выполненный пример расчета объема пены для долива скважины при стандартных условиях с газовым фактором 10 м3/м3 показывает, что при подъеме бурильного инструмента 89•9,35 мм при эксплуатационной колонне 177,8 мм с глубины 1442 м расход ее составит 27,5 м3.

Проведенные исследования и компьютерное моделирование, а также анализ требований нормативных документов позволили определить схему циркуляционной системы (ЦС) для проведения капитального ремонта скважин с использованием стабильных пен, обеспечивающую проведение следующих технологических операций: размещение и накопление необходимых материалов для приготовления пены; приготовление или размещение коллоидполимерного раствора для приготовления пены; приготовление пены;

обеспечение работы мультифазного насоса при заданном расходе по жидкости и давлению на насосе; проведение очистки пены от шлама; долив скважины пеной при подъеме колонны труб и гашение пены при окончании работ.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»