Условия эффективной эксплуатации ПХГ при двухфазном режиме работы эксплуатационных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Толмачев, Дмитрий Владимирович

• Толмачев, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Толмачев, Дмитрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Постановка задачи.

Актуальность.

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВОПРОСАМ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА С ВОДОЙ ПО ВЕРТИКАЛЬНЫМ ТРУБАМ И РАБОТЕ НАЗЕМНЫХ СОРУЖЕНИЙ ПХГ.

1.1. Движение газа с водой по вертикальным трубам.

1.2. Работа наземных сооружений ПХГ (газового промысла).

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ И РЕЖИМА ЕЕ РАБОТЫ ПРИ НАЛИЧИИ ЖИДКОСТИ В СТВОЛЕ.

2.1. Теоретическое обоснование методики.

2.2. Алгоритм расчета.

2.2.1. Определение устьевого давления по заданному забойному давлению.

2.2.2. Определение минимального рабочего дебита скважины.

2.2.3. Определение рабочего дебита скважины по заданному устьевому давлению.

2.3. Примеры расчета режимов работы газовых скважин.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Условия эффективной эксплуатации ПХГ при двухфазном режиме работы эксплуатационных скважин»

Постановка задачи

Процесс добычи (отбора) газа из месторождения (подземного хранилища) происходит по непрерывной цепочке «пласт - скважины - система сбора газа - ДКС - УКПГ - МПК - ГКС». Закачка газа в случае подземного хранения производится по той же цепочке в обратном направлении. Для прогнозирования поведения этой системы необходимо учитывать параметры каждого объекта газового промысла. Настоящая работа имеет целью создание методики расчета режимов работы газового промысла как единого объекта, включающего скважины, промысловые газопроводы, дожим-ные компрессорные станции, установки комплексной полготовки газа и межпромысловые коллектора. При этом необходимо учесть сложные условия эксплуатации скважин газового промысла на поздней стадии разработки (либо аналогичные условия, возникающие на подземном хранилище в конце сезона отбора), а именно наличие жидкости в стволах скважин.

Технологический режим газового промысла составляется с целью:

• определения максимально возможного дебита отбора (закачки) газа при текущем состоянии промысла и соблюдении всех технологических требований к работе оборудования;

• определения условий работы скважин и промысловых сооружений при заданном отборе (закачке) газа меньшем максимально возможного;

• определения уровней отбора (закачки) газа при внесении изменений в технологические параметры промысла (добуривание скважин, реконструкция промысловых сооружений).

В настоящее время значительная часть газовых месторождений России находится на заключительной стадии разработки. Эксплуатация таких месторождений осложнена тем, что при малых дебитах в газовых скважинах скапливается большое количество жидкости, которое приводит к существенным потерям давления в стволе и, в итоге, - к остановке скважин. В этот период происходит обводнение отдельных скважин. Дебит резко снижается, а ряд скважин выбывает из эксплуатации из-за обводнения. При таких условиях трудно рассчитывать на высокий коэффициент извлечения газа из недр.

Многие из действующих подземных хранилищ газа созданы в водоносных пластах. В связи с этим, в продукции скважин этих хранилищ присутствует жидкость. Это сильно влияет на процесс отбора газа, особенно в заключительной стадии фазы отбора, когда дебиты скважин снижаются.

Для оценки эффективности новых технологических решений по эксплуатации газовых скважин, а также для прогнозирования условий работы скважин в завершающий период необходимо надежно определять технологический режим их работы. Следует отметить, что для малодебитных скважин эта проблема имеет большое значение в любой период эксплуатации.

В настоящей работе не преследовалась цель дальнейшего развития и усовершенствования теоретических основ движения двухфазных смесей в вертикальных трубах. Предусматривалось разработать инженерный метод расчета режимов работы газовой скважины с учетов наличия жидкости в ее продукции.

Актуальность

Диссертационная работа направлена на разработку отечественных методик, позволяющих при проектировании, эксплуатации ПХГ и газовых месторождений и проведении систематического авторского надзора оперативно и надежно рассчитывать режимы работы подземных хранилищ газа и газовых промыслов. Актуальность проблемы связана с тем, что в настоящее время такие методики отсутствуют.

В промысловой практике для нормальной работы скважин, дебит которых недостаточен для выноса жидкости, применяются периодические продувки, которые приводят к потерям газа (если продувка осуществляется в атмосферу), большим затратам труда и загрязнению окружающей среды. При очень частых продувках дальнейшая эксплуатация скважин становится нерентабельной. Скважина либо считается полностью обводнившей-ся, либо производится комплекс мероприятий по продлению работы скважины: оборудование скважины плунжерным лифтом; установка автоматов непрерывного удаления жидкости; применение поверхностно-активных веществ; изоляция обводнившихся пропластков; интенсификация притока газа из продуктивных пропластков.

Для расчетов технологических параметров эксплуатации ПХГ и газовых месторождений, с учетом наличия жидкости в продукции скважин, требовалось создание соответствующей методики и программного обеспечения.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Толмачев, Дмитрий Владимирович

4. Выводы и защищаемые положения

1. Разработана методика расчета режимов работы газовых скважин, в продукции которых содержится жидкая фаза при различных технологических схемах их эксплуатации. Методика основана на использовании экспериментальных данных по исследованию двухфазного движения жидкости и газа в вертикальных трубах. Определены условия устойчивой работы газовых скважин при водопроявлениях;

2. Создано компьютерное программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи для скважин, работающих с водопроявления-ми:

2.1. Выбор оптимального диаметра лифтовой колонны;

2.2. Определение режима эксплуатации скважины с закачкой газа в затрубье;

2.3. Обоснование режима совместной эксплуатации скважины по лифту и затрубью.

2.4. Определение режима работы скважины по многоступенчатому лифту;

2.5. Определение режима работы скважины, вскрывшей несколько продуктивных пластов.

3. Разработана методика и программный комплекс для расчета режимов работы системы пласт - скважина - наземное обустройство промысла (станции) с учетом наличия жидкости в стволах эксплуатационных скважин.

4. По разработанным нами методикам проведены расчеты по Невскому, Касимовскому, Совхозному подземным хранилищам газа, месторождению природного газа Медвежье, ряду других объектов. Достоверность результатов расчетов подтверждается их практическим совпадением с фактическими данными по эксплуатации ПХГ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Толмачев, Дмитрий Владимирович, 2007 год

1. Алиев З.С, Власенко А.П., Андреев С.А. и др. Определение критического дебита в газовых скважинах // Газовая промышленность 1979, N2, с. 27-30.

2. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.:Недра, 1982.-224 с.

3. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С, Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987.-408 с.

4. Арманд А.А., Невструева Е.И. Исследование механизма движения двухфазной смеси в вертикальной трубе. // Известия ВТИ. 1950. Вып. 2. с. 1-8.

5. Арманд А.А., Сопротивление при движении двухфазной системы по горизонтальным трубам. // Известия всесоюзного теплотехнического института, 1946, N1, с. 1

6. Ахмедов Б.Г. Оптимизация технологического режима работы газовых скважин с водопроявлениями. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук М.: ВНИИГАЗ, 1982

7. Ахмедов Б.Г., Бузинов С.Н. Эксплуатация газовых скважин на поздней стадии разработки // Обз. инф. Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. Вып. 10. М., 1980, 37 с.

8. Барцев И.В., Щуровский В.А., Пятахина Т.Т. и др. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка модели технологических расчетов для обоснования вариантов развития и реконструкции ДКС ООО «Ямбурггаздобыча»» Договор №122.52.02

9. Берчик Эмиль Дж. Свойства пластовых жидкостей. М.: Гостоптехиз-дат, I960.- 183 с.

10. Бузинов С.Н., Харитонов А.Н. и др. Методика по составлению технологического режима работы промысла (УКПГ), с расчетом технологических параметров от пласта до входа в ГКС. СТО Газпром М.: ВНИИГАЗ, 2005

11. Бузинов С.Н., Шулятиков В.И. Экспериментальные исследования потерь давления в малодебитных газовых скважинах, работающих с жидкостью. // Тр. ВНИИГАЗа вып. 1. ч. 1. 1974. с.60-69.

12. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физматгиз, 1963. - 708 с.

13. Верслюис Д. Математическая теория фонтанирования нефтяных скважин. // Нефтяное хозяйство. 1931. №6. с.467-473.

14. Вукалович М.П., Кириллин В.А., Ремизов С.А. и др. // Термодинамические свойства газов М.: ГНТИМСЛ, 1953, - 373 с.

15. Гвоздев Б.П., Подкопаев А.П., Балыбердина И.Т и др. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. // Справочное руководство в 2-х томах. Том II М.: Недра. 1984. 288 с.

16. Гриценко А.И., Алиев З.С., Ермилов О.М., Ремизов В.В., Зотов Г.А. Руководство по исследованию скважин. М.: Наука. 1995. 523 с.

17. Гриценко А.И., Клапчук О.В., Харченко Ю.А. Гидродинамика газожидкостных смесей в скважинах и трубопроводах. М.: Недра, 1994, 238 с.

18. Гуревич Г.Р., Брусиловский А. И. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей. М.: Недра.-1984.-264С.

19. Гусейнов Ч. С, Асатурян А. Ш. Определение модального размера капель в двухфазном турбулентном потоке. Прикладная химия. 1977, т. 50, вып. 4, с 848 -858.

20. Дане X. Рос Н. Подъем газожидкостных смесей с забоя скважин. // VI Всемир. конгр. нефтянников во Франкфурте-на-Майне. М.: ЦНИИ-ТЭнефтегаз, 1964, с. 100-136.

21. Дейч М.Е., Филлипов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергиздат, 1981.-471 с.

22. Дурицкий Н. Н. Определение расхода критического газожидкостного потока в устьевых штуцерах газоконденсатных скважин. Известия ВУЗов. Нефть и газ, 1989,27-31 с.

23. Дурицкий Н.Н. Исследования движения газоконденсатных смесей в скважине. Проблемы нефти и газа Тюмени: науч.-техн. сб. -/ЗапСибНИГНИ. 1980, вып. 48, с.48-51.

24. Дурицкий Н.Н. Об одном приближенном методе определения забойных давлений в газоконденсатных скважинах. Проблемы нефти и газа Тюмени: науч.-техн.сб./ЗапСибНИГНИ. 1979, вып. 44, с.51-55.

25. Дурицкий Н.Н., Лютомский СМ. К вопросу выбора оптимального режима при исследовании газоконденсатных скважин. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: реф.сб./ВНИИЭГАЗПРОМ. М., 1978, N11, с.9-15.

26. Елин Н.Н. Исследование газожидкостных течений в вертикальных и наклонных трубах. Диссертация на соискание ученой степени кандида

27. Зайцев Ю.В., Максутов Р.А., Чубанов О.В. и др. Теория и практика газлифта М.: Недра, 1987. 256 с.

28. Иванов С.И. Особенности разработки, освоения и эксплуатации газо-конденсатных месторождений на завершающей стадии. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2005,247 с.

29. Игнатенко Ю.К. Определение минимальной скорости и минимального дебита, необходимых для полного и непрерывного удаления жидкости из скважины. Разработка и эксплуатация газовых и га-зоконденсатных месторождений: реф.сб./ВНИИЭгазпром. М., 1978, N9, с.3-6.

30. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконден-сатных скважин. / Под ред. Зотова Г.А., Алиева З.С. М: Недра, 1980, -300 с.

31. Катц Д., Корнелл Д., Кобаяши Р. и др. Руководство по добыче, транспорту и переработке природного газа М.: Недра, 1973, - 665 с.

32. Клапчук О.В. Гидравлические характеристики газожидкостных потоков в скважинах. Газовая промышленность, 1980, N2, с. 32-35.

33. Клапчук О.В., Зотов Г.А., Шаталов А.Т. и др. Методические указания по гидравлическому расчету газоконденсатных скважин -М.:ВНИИГАЗ, 1980, 25 с.

34. Коротаев Ю.П. Влияние жидкости на движение газа по вертикальным трубам. Труды ВНИИГаза. 1958, вып.2, с. 10.

35. Коротаев Ю.П., Точигин А.А. Влияние газового потока на волновое течение вязкой жидкости.- Инженерно-физический журнал 1969, N6, с.721.

36. Коротаев Ю.П., Точигин А.А., Семенов Н.И. Инструкция по гидродинамическому расчету газоконденсатных скважин. М.: 1980, - 59 с.

37. Костерин С.И. Исследование влияния диаметра и расположения тру

38. Костерин СИ. Исследование гидравлических сопротивлений и структуры потока газожидкостной смеси в горизонтальных трубах. В кн.: Рефераты научно-исследовательских работ / АН СССР. М., 1946, с. 214.

39. Костерин СИ. Исследования структуры потока двухфазной среды в горизонтальных трубах. Известия АН СССР, ОТН, 1943, N7, с. 1262.

40. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978

41. Крылов А.П. Потери трения и скольжения при движении жидкости и газа по вертикальным трубам. // Нефтяное хозяйство. 1935. №8. с.35-42.

42. Крылов А.П. Расчет подъемников для эксплуатации компрессорных и фонтанных скважин. Нефтяное хозяйство, 1934, N2, с.21.

43. Крылов А.П., Лутошкин Г.С. Изучение гидравлических сопротивлений и удельного веса смеси при работе воздушных подъемников в лабораторных условиях. // Труды ВНИИ. вып.ХШ. 1958. с.9-19.

44. Кучеров Г.Г. Методика гидродинамического анализа движения потока в стволе газоконденсатной скважины при промысловых исследованиях, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: ВНИИГАЗ, 2001.

45. Лабунцов Д. А., Ягов В. В. Гидростатическое равновесие и волновые движения газожидкостных систем. М.: МЭИ, 1947 с. 23-34.

46. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003, 840 с.

47. Лоренс Г. Расчет воздушного подъемника. М.: Гос.науч.техн. изд-во, 1932, с.32.

48. Лутошкин Г. С. Исследование влияния вязкости жидкости и поверхностного натяжения системы " жидкость- газ" на работу эргазлифта. Дисс. канд. техн. наук . М., 1956,148 с.

49. Мамаев В.А., Одишария Г.Э., Клапчук О.В. и др. Движение газожидкостных смесей в трубах. М.: Недра, 1978

50. Мамаев В.А., Одишария Г.Э., Семенов Н.И., Точигин А.А. Гидродина

51. Медиков Б.С. Скольжение газа в эрлифтах, расчет и анализ их действия. // Азейбарджанское нефтяное хозяйство, 1935, N10-11, с. 1416.

52. Муравьев И.М., Репин Н.Н. Исследование движения многокомпонентных смесей в скважинах. М.: Недра, 1972, - 207 с.

53. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. М.: ВНИИГАЗ, 2003

54. Одишария Г.Э. Некоторые закономерности газожидкостных течений в трубах // Нефтяное хозяйство. 1966. - №9. - с.54-59

55. Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: ВНИИГАЗ, Ивановский государственный энергетический университет. 1998. - 400 с.

56. Пирвердян A.M. Теоретические основы подъема жидкости сжатым воздухом. // Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1951. №1. с.16-19.

57. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. - 432 с.

58. Сахаров В. А. Теоретические и экспериментальные исследования движения газожидкостных смесей в вертикальных трубах и нефтяных скважинах / НТИС. Сер, "Нефтепромысловое дело". М.: ВНИИОЭНГ. 1992-Вып. 9.-с. 1-14.

59. Сахаров В.А. Основные закономерности работы и расчеты промысловых газожидкостных подъемников в осложненных условиях эксплуатации. Дисс. докт. техн. наук.- М., 1990.- 429 с.

60. Сахаров В.А., Мохов М.А. Гидродинамика газожидкостных смесей в вертикальных трубах и промысловых подъемниках. М.: ФГУП издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2004. 398 с.

61. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977. - 440 с.

62. Семенов Н.И., Коротаев Ю.П., Колдасов Т.А, Истинное газосодержание в вертикальном потоке смеси. Газовая промышленность, 1977, N9, с.28.

63. Синайский Э. Г. Конденсационный рост капель в парогазовой смеси. / Сер. Известия вузов./ Нефть и газ. 1986. - № 4 , 128с.

64. Телетов С.Г. Вопросы гидродинамики двухфазных смесей. / Вестник МГУ, сер.математики и механики, 1958, N2, с. 15-27.

65. Телетов С.Г. Уравнения гидродинамики двухфазных жидкостей. ДАН СССР, 1945, N50, с.99-101.

66. Тер-Саркисов P.M., Бузинов С.Н. и др. Новый этап в изучении движения газожидкостных потоков в вертикальных трубах. // Газовая промышленность, № 3,2006, с. 64 67.

67. Тер-Саркисов P.M., Илатовский Ю.В., Бузинов С.Н. и др. Особенности добычи низконапорного газа. // Газовая промышленность, № 11,2005, с. 67-71.

68. Точигин А.А. Волновое течение жидкой пленки совместно с потоком газа. Известия АН СССР, серия Механика жидкости и газа, 1972, N1, с.38.

69. Точигин А.А. Предельный режим движения тонких слоев вязкой жидкости совместно с потоком газа. Труды Ивановского энергетического института, 1972, с. 192.

70. Точигин А.А., Данилин А.П. Истинное паросодержание необогревае-мых течений смесей в трубах. Инженерно-физический журнал, 1974,

71. Уолис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972

72. Франкль Ф.И. Уравнения энергии и движения жидкостей с взвешенными наносами. ДАН СССР, 1958, т. 102, N5, с.903-906.

73. Ху Т. Целочисленное программирование и потоки в сетях. М.: Мир, 1974

74. Хьюитт Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. М.: Мир, 1974.

75. Чарный И.А. Основы газовой динамики. М.: Гостоптехиздат, 1961. -200 с.

76. Чашкин Ю.Г. Об определении минимально допустимого дебита га-зоконденсатной скважины. Газовое дело, 1968, N10, с.7-10.

77. Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках. М.: Недра, 1986

78. Ширковский А.И. Интерпретация результатов газодинамических исследований газоконденсатных скважин: обзор, М: ВНИИЭГАЗПРОМ, 1977, - 32 с. - (сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконден

79. Ширковский А.И. Разработка и эксплуатация газовых и газоконден-сатных месторождений. М.: Недра, 1987,-309 с.

80. Эммануилов В.Б. Оценка минимально допустимого дебита газокон-денсатной скважины. Газовое дело, 1972, N9, с.32-36.

81. Aziz К., Govier G.W., Fogarasi М. Pressure drop in Wells predicting Oil and Gas. // Jorn. Can. Petr. Tech. 1972, July Sept, p.38

82. Bailey G. Metastable Flow of Saturated Water. Trans ASME, 1951, v.73, p.1059.

83. Baker O. Simultaneous flow of oil and gas. Oil anf Gas J. 1954. - Vol. 53. -p. 185.

84. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. M.: Мир 1971, 536 с.

85. Golan L. P., Stenning А. N. Two-phase vertical flow maps.- Prac. Inst. Mech. Eng., v/ 184, Part 3c, paper 14. ( 1969 1970) p. 108 -114.

86. Gooper K. D., Hewitt G. F., Pinchin B. Photography of two- phase flow. -" J. Photographis Sci", 1964, v. 12, p. 269.

87. Hagedorn A.R., Brown K.E. Experimental Study of Pressure Gradients Oc-curing During Continuous two-phase flow in Small Diameter Vertical Conduits. // J.P.T, April, 1965, p.475.

88. Hesson G., Peck R. Flow of two phase carbon dioxide through orifices. -Chem. Eng. Prog.J., 1958, v.45, p.39.

89. Lane W. Shater of drops in streams of air. -' Ind. Eng. Chem.', 1951, v.43, p. 1312.

90. Martinelli R., Nelson D. Prediction of pressure drop during forced circulation billing of water. -Trans ASME, 1948, v.70, p.695.

91. Mishima K. and Ishii M. Flow regime transition criteria for upward two-phase flow in vertical tubes. Int. J Heat Mass Transfer, 1984, v.27, p. 723727.

92. Moore Т., Wilde H. Experimental measurement of stippage in flow through pipes. Trane AIME, Petrol. Dev. and Tech., 1932, p.45-50.

93. Moore Т., Wilde H. Experimental measurement of stippage in flow through

94. Nind Т. E. W. The principles of oil well production.- New York: Me. Lon-ald, 1981.-p. 385.

95. Orkeszewski J. Predicting Two-Phase Pressure Drops in Vertical Pipe. // JPJ, June, 1967, p.829-838.

96. Poettman F.H., Carpenter P.G. The Multiphase Flow of Oil, Gas and Water through Vertical Flow Strings. // Drilling Prod. Pract., 1952, p.257.

97. Turner R., Hubbard M., Dukler A. Analysis and Prediction and minimum flow rate for the continuous removal of liquids flow gas well, Petrol. Tech-nol, 1959,v.21,p.43.

98. Uren L., Hancock R., Flow resistance of gas-oil mixtures through vertical pipes. Trans AIME, Petrol. Dev. and Tech, 1930, v.86, p.209.