Гидродинамика двухфазных смесей в процессах бурения нефтяных и газовых скважин (05.10.2009)

Автор: Исаев Валерий Иванович

6. Впервые проведены экспериментальные исследования по определению дебита аварийно фонтанирующей газовой скважины через слой жидкости. Предложены эмпирические формулы для расчёта дебита газа.

7. Решена задача о распределении давления и температуры при движении газоконденсатной смеси в скважинах.

8. Решена задача определения максимального дебита газоконденсатной скважины с учётом теплообмена, в том числе с мёрзлыми породами.

Достоверность полученных результатов

Изложение гидромеханики бурения ведется с единых позиций механики сплошных сред и обеспечивается применением теории и практики механики гетерогенных сред, рассмотрением двухфазных задач на базе развития общетеоретических концепций, сопоставления с известными решениями и экспериментальными данными.

Практическая ценность работы

Практическая ценность работы определяется успешным внедрением результатов решенных задач гидродинамики двухфазных жидкостей на различных предприятиях и в учебном процессе университетов нефтегазодобывающей отрасли.

Результаты работы вошли в два учебника и пять учебных пособий, написанных диссертантом в соавторстве, в программы учебных курсов по направлению “Нефтегазовое дело”, специальностей “Бурение нефтяных и газовых скважин” и “Физические процессы нефтегазового производства”, по которым читает лекции и автор диссертации.

Материалы диссертации также используются при обучении методам ликвидации газонефтеводопроявлений на курсах повышения квалификации работников нефтегазовой промышленности в тренажёрном центре РГУ им. И.М. Губкина.

Апробация работы

Результаты работы докладывались, демонстрировались и одобрены на всесоюзных, всероссийских и международных съездах, конференциях и симпозиумах. Автор докладывал основные разделы диссертации на научных семинарах: в институте механики МГУ им. М.В. Ломоносова; в институте проблем нефти и газа РАН; по гидромеханике в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина; на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин и кафедре нефтегазовой и подземной гидромеханики РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Публикации

Основные материалы диссертации опубликованы в 43 печатных работах; из них 19 статей вышли в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов по докторским диссертациям. Два учебника выпущены издательством "Недра"; один учебник, четыре учебных пособия и статьи напечатаны в других издательствах. Всего автором опубликовано 124 работы.

Основные защищаемые положения

1. Модель двухфазной гидродинамики процессов бурения.

2. Обобщение закона гидростатики для ньютоновских и неньютоновских растворов и их многофазных смесей.

3. Методика расчёта управления скважиной при бурении на депрессии

4. Методика расчёта распределений давления и температуры при движении газоконденсатной смеси в скважинах.

5. Методика расчёта максимального свободного дебита газоконденсатной скважины с учётом теплообмена как с обычными, так и мёрзлыми породами.

6. Методика расчёта цементирования скважин стабильными двухфазными растворами.

7. Формулы для определения перехода от ламинарного течения к турбулентному при движении вязкопластической жидкости в трубах.

8. Формула для расчёта коэффициента гидравлических сопротивлений при турбулентном течении вязкопластического раствора в трубах.

9. Модель и эмпирические формулы для расчёта дебита аварийно фонтанирующей газовой скважины через слой жидкости.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций, библиографии, включающей 347 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Диссертация изложена на 259 страницах машинописного текста.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность профессору А.И. Владимирову за постоянное внимание к выполняемой работе.

Автор выражает искреннюю признательность профессору Е.Г. Леонову, в соавторстве с которым был выполнен ряд задач, и за содержательное обсуждение основных положений диссертации.

Соискатель благодарен коллегам и соавторам работ за участие в разработке отдельных вопросов диссертации, внедрении их в практику бурения нефтяных и газовых скважин и совершенствования подготовки специалистов и переподготовки кадров для отрасли.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследований.

В первой главе приведён обзор основных моделей многофазных (гетерогенных) сред и даются постановки задач гидромеханических многофазных течений, характерных при бурении нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Отмечена пионерская работа по теории воздушного подъёмника Лоренца (1909) для нефтегазовой промышленности, в которой за исходное уравнение гидродинамической модели взято дифференциальное уравнение одномерного движения жидкости с основным предположением совместного течения газа и жидкости без относительных скоростей фаз. Эта работа послужила основой для многих работ и исследований течения смесей без относительных скоростей фаз и разработке моделей движения смесей.

В то же время шло нарастающее развитие моделей течения двухфазных и многофазных смесей в связи с развитием нефтегазового дела и применением двухфазных жидкостей не только в бурении. В работах (Н.М. Герсеванов, Б.Д. Бакланов и Р.И. Шищенко, Д. Верслюис, Т.Ф. Мур,

Г.Д. Уайльд, А.П. Крылов, А.А. Арманд, Т. Поэттман, П. Карпентер и многие другие) учитывались зависимости для истинного содержания фаз.

Прорыв в развитии теории двухфазных течений осуществил С.Г. Телетов, который, исходя из своих ранних работ, предложил (1945) осреднённые дифференциальные уравнения гидродинамики гетерогенных сред с использованием функций истинного содержания фаз, которые и в настоящее время применяются при решении задач в нефтегазовой отрасли.

Возрастающее внимание к двухфазным средам способствовало изданию монографий и учебников теоретического и прикладного характера для нефтегазовой направленности как в России, так и за рубежом следующих авторов: В.Г. Багдасаров (1947); В.А. Архангельский (1958); С.С. Кутателадзе, М.А. Стырикович (1958); К.В. Виноградов (1964); М.А. Гейман и В.И. Мусинов (1965); Г.Ф. Агаев (1966); Д.Ф. Файзуллаев (1966); А.О. Межлумов и Н.С. Макурин (1967); С. Л. Соу (1967); В.А. Мамаев, Г.Э. Одишария, Н.И. Семёнов и А.А. Точигин (1969); Г.Б. Уоллис (1969); М.С. Винарский и Н.М. Гончаренко (1969); Д.Ф. Файзуллаев, Р.С. Гурбанов и Я.М. Расизаде (1970); Дж. Хьюитт и Н. Холл-Тейлор (1970); В.А. Амиян и Н.П. Васильева (1972); Г.В. Циклаури, В.С. Данилин (1973); А.О. Межлумов (1976); Д. Баттерворс и Г. Хьюитт (1977); Р.И. Нигматулин (1978, 1987); В.А. Мамаев, Г.Э. Одишария, О.В. Клапчук и др. (1978); Д.Ф. Файзуллаев, А.И. Умаров и А.А. Шакиров (1980); В.Н. Николаевский (1984); А.Х. Мирзаджанзаде А.Х. и В.М. Ентов (1985); Е.Г. Леонов и В.И. Исаев (1987); Н.А. Гукасов (1988); В.Д. Малеванский и Е.В. Шеберстов (1990); А.И. Булатов, А.Г. Аветисов (1993(1996); А.И. Гриценко, О.В. Клапчук и Ю.А. Харченко (1994); А.А.Точигин и Г.Э. Одишария (1998); В.И. Ямпольский. (1999); Дж.П. Брил и Х. Мукерджи (1999); Ю.М. Басарыгин, А.И. Булатов, Ю.М. Проселков (2000); В.А. Сахаров и М.А. Мохов (2004); Л.Н.Полянин и В.П. Дробков (2004) и др.

Исходя из анализа литературы, в диссертации рассмотрены проблемы гидродинамики двухфазных смесей в буровых процессах на основе уравнений одномерного течения механики гетерогенных сред.

Во второй главе перечислены основные задачи гидродинамики двухфазных смесей в бурении.

При бурении гидродинамические двухфазные процессы протекают в системе скважина ( пласт, которая в простейшем виде состоит из двух частей (рис. 1): ЦС скважины, по которой жидкость, газ или их смесь, в том числе с твердыми частицами, движутся в скважине и буровой установке; один или несколько пластов пород, вскрытых скважиной. В свою очередь главными элементами (см. схему на рис. 1а) ЦС бурящейся скважины являются каналы круглого и кольцевого сечения большой протяжённости, поэтому в работе рассмотрены одномерные двухфазные течения в этих каналах при различных технологических процессах.

Рис. 1. Схема циркуляционной системы вертикальной скважины и график (эпюра) распределения давлений в системе скважина-пласт при бурении на репрессии (стрелки указывают направление циркуляции):


загрузка...