Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Учет влияния неравновесности выделения растворенного в нефти газа на подбор струйных насосов в добыче нефти

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Фозао Кеннеди Фолепе

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Современное состояние применения струйных насосов в нефтедобыче.

1.1. Анализ методик расчета характеристик струйных насосов.

1.2. Современные представления о процессах взаимодействия рабочего и инжектируемого потоков в струйном насосе.

1.3. Элементы, типы и конструктивные особенности струйных насосов и установок, используемых в нефтедобыче.к:.,.

1.4. Выводы и формулировка задач.

Глава 2. Расчет основных характеристик струйных насосов с учетом влияния газовой фазы в рабочем потоке.

2.1. Расчетная схема струйного насоса.

2.2. Вывод уравнения расчета характеристик высоконапорного струйного аппарата.

2.3. Вывод уравнения безразмерной характеристики низконапорного струйного аппарата.

2.4. Анализ полученных результатов и выводы к главе.

Глава 3. Влияние неравновесности разгазирования рабочего потока на работоспособность струйных насосов.

3.1. Учет влияния неравновесности разгазирования рабочего потока, являющегося газонасыщенной жидкостью, на работоспособность струйного аппарата.

3.1.1. Учет влияния неравновесности разгазирования рабочего потока на его параметры при выходе из сопла.

3.1.2. Вывод уравнения для определения объемного коэффициента инжекции и определение безразмерного перепада давлений и КПД с учетом неравновесности разгазирования рабочего потока.

3.2. Влияние неравновесности разгазирования на форму рабочей струи после истечения через сопло.

3.3. Анализ результатов расчетов и выводы к главе.

Глава 4. Пример приложения полученных результатов по расчету характеристик струйных насосов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Учет влияния неравновесности выделения растворенного в нефти газа на подбор струйных насосов в добыче нефти"

Актуальность работы.

В настоящее время постоянно расширяется применение струйных аппаратов в нефтегазовой промышленности. Струйный аппарат - достаточно простой аппарат, но процессы, происходящие в нем, являются достаточно сложными. Причиной расширения применения струйных аппаратов в нефтегазовой промышленности является наличие у них ряда преимуществ. Одно из преимуществ заключается в компактности рабочей секции. Другими преимуществами струйного насоса являются простота его конструкции, низкая стоимость, высокая надежность и возможность его применения при высоких температурах, высоком содержании свободного газа и механических примесей в добываемой продукции, а также при высокой вязкости скважинной продукции.

Теория струйных насосов находится в стадии развития, в связи с чем существующие в настоящее время методы расчета их основных характеристик и методики подбора не отражают полной совокупности явлений, происходящих в них. Незавершенность теории струйных аппаратов является причинной того, что нет общей методики, которая могла бы более полно учитывать происходящие в них процессы.

При применении струйных аппаратов в нефтегазовой промышленности, в большинстве случаев, используют в качестве рабочего агента нефть, в которой растворен газ. Примерами являются: применение поверхностных струйных насосов для эксплуатации низконапорных скважин, используя в качестве рабочего потока продукцию других нефтяных скважин; эксплуатация нефтяных скважин погружными струйными насосами, рабочим потоком которых является промысловая нефть, подкачиваемая поверхностным насосным агрегатом. При изменении давления, как в пределах сопла, так и в пределах приемной камеры, рабочий поток претерпевает фазовые превращения.

При прохождении рабочего потока через сопло и в пределах приемной камеры проявляется неравновесность выделения газа, растворенного в рабочем потоке при снижении давления от давления перед входом в сопло до давления на его выходном сечении, а также при снижении давления в пределах приемной камеры; проявляется влияние этого газа и газа, присутствующего в свободном виде в рабочем потоке, на характеристики струйного насоса. Вследствие этого, проведение исследований влияния выделившегося из рабочего потока газа и неравновесности процесса выделения на характеристики струйных насосов и на методику их подбора является задачей актуальной. Это имеет практическое значение не только в области нефтедобычи, сбора и подготовки продукции скважины, но и в остальных областях применения струйных насосов, где в качестве рабочего агента используется газонасыщенная жидкость. Цель работы.

Исследование влияния выделившегося из рабочего потока газа и неравновесности его выделения при расчетах характеристик струйных насосов и подборе их для нефтедобычи. Основные задачи.

1. Анализ современного состояния применения струйных насосов в нефтегазовой промышленности.

2. Исследование влияния свободного газа в рабочем потоке на характеристики струйного насоса.

3. Исследование неравновесности фазовых превращений (разгазирования) рабочего потока на характеристики струйного насоса.

4. Оценка технологической эффективности применения поверхностного струйного насоса для интенсификации добычи нефти из фонтанных скважин.

Методы решения поставленных задач.

Поставленные задачи решались на основе анализа литературных источников в области применения струйных аппаратов, использования основ теории смешения потоков в струйном аппарате. Полученные уравнения решались аналитически и численными методами с созданием программ для ЭВМ на языке программирования С++.

Научная новизна. Получено общее уравнение расчета безразмерной характеристики струйного насоса, учитывающее наличие в рабочем потоке свободного нефтяного газа, которое применимо как для высоконапорных, так и для низконапорных насосов.

Предложена методика расчета КПД струйного насоса при наличии в рабочем потоке газовой фазы. Расчетами показано на сколько снижается КПД струйного насоса при увеличении в рабочем потоке содержания газовой фазы.

Получены аналитические уравнения расчета основных параметров и характеристик струйного насоса с учетом неравновесности разгазирования рабочего потока. Приведены рекомендации по количественной оценке степени отклонения процесса разгазирования нефти в рабочем потоке от равновесия, используя экспериментальные данные по коэффициенту фазовой неравновесности Кф нефтегазовых смесей. Практическая значимость.

Проведенные исследования позволяют рассчитать характеристики струйных аппаратов с учётом не только фазовых превращений рабочего потока, но и влияния неравновесности фазовых превращений (разгазирования). Это дает возможность более надежно предсказывать рабочие параметры струйных насосов при их подборе для нефтедобывающих скважин и для систем сбора и подготовки продукции скважин. Результаты диссертационной работы позволяют проектировать технологические параметры работы поверхностных струйных насосов для интенсификации добычи нефти на промыслах. Апробация работы.

Материалы работы докладывались на научных семинарах и заседаниях кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, г. Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано две печатные работы. Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 5 таблиц и список использованной литературы из 96 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Фозао Кеннеди Фолепе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получено общее уравнение расчета безразмерной характеристики струйного насоса, учитывающее наличие в рабочем потоке свободного нефтяного газа, которое применимо как для высоконапорных, так и для низконапорных насосов.

2. Предложена методика расчета КПД струйного насоса при наличии в рабочем потоке газовой фазы. Расчетами показано на сколько снижается КПД струйного насоса при увеличении в рабочем потоке содержания газовой фазы.

3. Разработана методика учета влияния неравновесности разгазирования рабочего потока на основные параметры струйного насоса: коэффициент инжекции, безразмерный перепад давлений и КПД.

4. Рассмотрено влияние неравновесности разгазирования рабочего потока на форму рабочей струи. Полученные результаты рекомендуется использовать для обоснования выбора расстояния между срезом сопла и входным сечением камеры смешения, рассчитывать форму ее входного участка в процессе конструирования струйного насоса.

5. На примере принципиальной технологической схемы использования поверхностного струйного насоса и соответствующих расчетов продемонстрирована возможность интенсификации добычи нефти из фонтанных скважин при сохранении давления в системе сбора и подготовки нефти нефтяных месторождений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Фозао Кеннеди Фолепе, Москва

1. Абрамович Г.М. Теория турбулентных струй. Москва, 1960, 715с.

2. Альтшуль А.Д. Местные гидравлические сопротивления пари движении вязких жидкостей. Москва «Гостоптехиздат» 1962, 115с.

3. Ароне Г.А., Струйные аппараты. Теория и расчет. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948г 139с.

4. Баулин К.К. О расчете эжектора, «Отопление и вентиляция», 1938, №6, с9 -14.

5. Беляков А.В. Разработка одно- и двухфазных струйных аппаратов. Дисс. на соискание степени к.т.н. Тверской политехи, институт. Тверь,1991.

6. Булатов А.И., Качмар Ю.Д., Макаренко П.П., Яремийчук Р.С. Освоение скважин. Справочное пособие. Москва, Недра 1999, 472с.

7. Вагапов С.Ю. Повышение эффективности применения струйных насосных агрегатов при обработке нефтяных скважин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Уфа 1989. 25с.

8. Вайсман М.Д. Термодинамика парожидкостных потоков. Л.: Энергия, 1967, 270с.

9. Васильев Ю.Н. Теория двухфазного газо-жидкостного эжектора с цилиндрической камерой смешения.//В кн.: Лопаточные машины струйные аппараты. М.: Машиностроение, 1971, вып. 5.-cl75-261.

10. Ю.Верещагин Л.Ф., Семерчан А.А. и др. Некоторые исследования струи воды2вытекающей из сопла под давлением до 2000 кгс/см . Известия АН СССР, ОНТ, 1957, №1, с57-60.

11. И.Газизова Х.А. О механизме выделения и растворения газов и его роли в процессах нефтедобычи. Дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа 1972.

12. Грон В.Г., Разработка методика расчета газожидкостного подъемника на основе модели потока дрейфа. Дисс. на соискание ученой степени канд. тех. наук. Москва, 1986, 219с.

13. Грон В.Г. Расчет газожидкостного подъемника нефтяных скважин с применением ЭВМ. Москва, 1986, 56с.

14. Гужов А.И. Совместный сбор и транспорт нефти и газа. М., «Недра», 1973, 280с.

15. Гужов А.И., Медведев В.Ф. Критическое истечение газожидкостных смесей через устьевые штуцера.«Нефтяное хозяйство» 1968,- №5,с47 52.

16. Гумерский Х.Х. Особенности эксплуатации добывающих скважин струйными насными установками. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Москва 1996, 149с.

17. Гурченок О процессе парообразования при истечении кипящей воды. Изв. ВУЗав, Энергия, 1958, 9,68.

18. Дейч М.Е., Филипов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М., Энергия -1968г, 423с.

19. Демьянова Л.А. Влияние расстояния от рабочего сопла до камеры смешения на характеристики струйного аппарата при откачке газожидкостных смесей. Нефтяное Хозяйство,№9, М.:1998, с84-85.

20. Демьянова Л.А. Исследование работы струйного аппарата для различных конфигураций его проточной части при эжектировании струей жидкости газожидкостной смеси. М.: ВНИИОЭНГ,№1, 1999, с 16-22.

21. Демьянова Л.А. Аналитический расчет характеристик струйных аппаратов при откачке газожидкостных смесей. М.: ВНИИОЭНГ,№5, 1999, с39-44.

22. Демьянова Л.А. Теоретические и экспериментальные исследования работы струйных аппаратов на газожидкостных смесях. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1999г, 173с.

23. Дин Р. Образование пузырей.//Вопросы физики кипения. М.: Мир, 1964.

24. Донец К.Г., Рошак И.И., Городивский А.В. Определение основных параметров насосно-эжекторной установки для комприрования нефтяного газа. Нефтяное хозяйство №11,1979, с41-43.

25. Донец К.Г. Гидроприводные струйные компрессорные установки, М.: Недра, 1990,174с.

26. Дроздов А.Н.- Разработка, исследование и результаты промышленного использования погружных насосно-эжекторных систем для добычи нефти. Дисс. на соискание ученой степени д.т.н. Москва 1998, 423с.

27. Дроздов А.Н. Обобщение характеристик жидкостно-газовых эжекторов. Экспресс информации, сер. Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений. М.: ВНИИОЭНГ, 1991, №9, с 18-22.

28. Дроздов А.Н., Демьянова J1.A. Исследование процесса эжектирования струйного аппарата при истечении через сопло газожидкостной смеси. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ, 1994, № 3-4, с12.

29. Дроздов А.Н., Мохов М.А., Осичева JI.B. Характеристики струйного аппарата с многоствольным соплом при откачке жидкости и газа. Нефтепромысловое дело, М.,ВНИИОЭНГ, 2000г, №1, с25-26.

30. Дунюшкин И.И, Мищенко И.Т. Расчет основных свойств пластовых нефтей при добыче и подготовке нефти. Москва 1982, 79с.

31. Дунюшкина Е.И. Разработка методики расчета свойств нефтяного газа в процессах добычи, сбора и подготовки нефти при неполной исходной информации. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва -2000, 207с.

32. Егер Д.А. устьевой эжектор для газожидкостной обработки скважин.М.: ВНИИОЭНГ/Машины и нефтяное оборудование-1978 № 12, с 14-16.

33. Запорожец Е.П. Разработка процессов и аппаратов с эжекционный струйными течениями жидкости и газа для системы сбора, подготовки и переработки нефтяных газов. Дисс. на соискание степени к.т.н. М. 1990.

34. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы, Кавитация, ЖЭТФ, т12, 1942, вып.11-12.

35. Ибрагимов Л.Х. Методика и технологии управляемого воздействия на призабойную зону скважины с целью интенсификации добычи нефти. Дисс. на соискание ученой степени д.т.н. Москва 1997, 358с.

36. Ибрагимов Л.Х., Мищенко И.Т., Челоянц Д.К. Интенсификация добычи нефти. Москва, Наука 2000, 414с.

37. Игревский В.И. Исследование влияния газовой фазы на характеристики многоступенчатого центробежного насоса при откачке газожидкостной смеси из скважины. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва, 1976, 192с.

38. Калинин Ю.Ф. Исследование потоков самоиспаряющейся жидкости в соплах и применение их в струйных аппаратах. Дисс. на соискание ученой степени канд. тех. наук. г.Николаев, 1971, 181с.

39. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве, Москва «Стройиздат,» 1970,415с.

40. Кирилловский Ю.Л., Подвидз Л.Г. Расчет оптимального струйного насоса для работы на разнородных и однородных жидкостях, //тр. ВНИИГМ. 1963 вып. 32.

41. Кирилловский Ю.Л. и Подвидз Л.Г. Рабочий процесс и основы расчета струйных насосов. Труды ВНИИГМ, вып.26. М. 1960. С96-135.

42. Киселев П.Г. Основы теории водоструйных аппаратов (эжекторов). М.: МИСИ, 1979.

43. Кореннов Б.Е. Исследование водовоздушных эжекторов с удлиненной цилиндрической камерой смешения. Дисс. на соискание степени к.т.н. М. 1980.

44. Курнев Е.М. Особенности расчета струйных насосов для скважин.//ЭИ, серия: Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений, М.: ВНИИОЭНГ, вып.З, 1990. -сб-11.

45. Левич В.Т. Физико-химическая гидродинамика. Гос. Изд. Физико-математической литературы, Москва 1959. -699с.

46. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки, Я.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1988. 256 с.

47. Марьенко В.П. разработка способа эксплуатациии добывающих скважин струйными насосными установками. Дис. На соискание степени канд. тех. Наук. МИНХ и ГП, 1986, 208с.

48. Марьенко В.П. , Рылов Б.М. Струйный насос для эксплуатации скважин. Маш. И неф. Оборудование. РНТС ВНИИОЭНГа, 1983, №4.

49. Медведев В.Ф. Гидравлика и гидравлические машины. Учебное пособие. Мн. выш. шк. 1998. -311с.

50. Миронов С.Д. Исследование процесса подъема жидкости из нефтяных скважин струйными насосами. Дисс. на соискание степени к.т.н. Москва, 1980, 175с.

51. Мищенко И.Т., С.Д. Миронов. Влияние свободного газа на работу струйного насоса. Депонированные рукописи № 7, (105), ВНИИОЭНГ, 1983, 82с.

52. Мищенко И.Т. Теория и практика механизированной эксплуатации скважин с вязкими и многофазными флюидами. Докторская диссертация. МИНХиГП, 1983,469с.

53. Мищенко И.Т., Гумерский Х.Х., Марьенко В.П. Струйные насосы для добычи нефти. М.: Нефть и га, 1996, 150с.

54. Мускевич Г.Е. Гидравлические исследования и расчет водоструйных аппаратов (гидроэлеваторов). Автореф. Дисс. к.т.н. М.1971, 20с.

55. Палий В.А., Сахаров В.А. Анализ основных методик расчета струйных аппаратов по данным ГИС. Москва 1990, 32с.

56. Подвидз Л.Г., Кирилловский Ю.Л. Расчет струйных насосов и установок. -Тр. ВНИИГМ, 1968, вып. 38, с44-96.

57. Поляков К.С. Вайсман М.Д. К расчету об адиабатическом течении испаряющейся жидкости, Инженернофизический журнал 1964, №8.

58. Помазкова З.С. Расчет струйных наосов к установке для нефтяной скважины. М.: ЦБТИ, 1961. -66с.

59. Применение струйных аппаратов в нефтегазодобывающей промышленности.// Мищенко И.Т., Сахаров В.А. и др. Изд. «Нефть и газ», Москва 1999.-60с.

60. Применение струйных аппаратов в нефтегазосбора.//Маминов О.В., Мутрисков А .Я., Губайдуллин М.М. и Гайнутдинов Р.С. Обзорная информация, Москва «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ» 1979. 43с.

61. Репин Н.Н. Пересыщенные зоны нефти газом в фонтанных скважинах. В кг.«Технология и техника нефтедобычи»Башкигиздат, Уфа, 1965, с56 75.

62. Ржаницын Н.А., Водоструйные насосы (гидроэлеваторы) M.-JL: ГОНТИ,1938.-103с.

63. Сазонов Ю.А. Разработка устройства, снижающего дифференциальное давление на забое скважины и повышающего скорость бурения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1989. -с 176.

64. Сахаров В.А. Акопян Б.А., Возможности использования эжекторов при газлифте на месторождениях, разрабатываемых с применением заводнения, НТЖ серия "Нефтепромысловое дело", вып.3-4,1996. с 16-22.

65. Синайский Э.Г. Гидродинамика процессов нефтяной технологии. Москва, Недра 1992.-191с.

66. Соколов Е.Я. и Зингер Н.М. Струйные аппараты, Изд. 2-е, М., «Энергия», 1970. 288с.

67. Соколовский B.C., Верба М.И. Особенности истечения перегретой жидкости через отверстия и насадки. Науч. докл. выш. шк. Энергетика, 1958, 159с.

68. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость М.: Наука, 1972.

69. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. Под редакцией д-ра техн. наук Ш.К. Гиматудинова, Москва «Недра» 1983, 455с.

70. Темнов В.К., Спиридонов Е.К. Расчет и проектирование жидкостных эжекторов. Челябинск, 1984, 44с.

71. Темнов В.К. Основы теории жидкостных эжекторов. Челябинск, 1971, 89с.

72. Уразаков К.Р., Багаутдинов Н.Я., Амнабаев З.М. и др. Особенности насосной добычи на месторождениях Западной Сибири. Москва, 1997,56с.

73. Фозао К.Ф. Учет влияния выделения растворенного в рабочем потоке нефтяного газа на характеристики струйного насоса. Нефтепромысловое дело, М., ВНИИОЭНГ, №8,1999, с34 -37.

74. Фозао К.Ф. Влияние неравновесности разгазирования рабочего потока на характеристики струйного аппарата. Нефтепромысловое дело, М., ВНИИОЭНГ, №7,2000, с23 -27.

75. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. ТомЗ Собрание избранных трудов, изд. АН СССР, М.,-Л., 1959. -500с.

76. Фридман Б.Э. Гидроэлеваторы. М., Машгиз.1960 323с.

77. Цегельский В.Г. Применение теорем термодинамики необратимых процессов в определении режима работы двухфазных струйных аппаратов. Изв. ВУЗов «Машиностроение» 1976, №5, с98-103.

78. Цепляев Ю.А. О рациональной форме проточных каналов струйного насоса. Труды Гипротюменьнефтегаза. Тюмень, 1972, вып. 34, cl 14-119.

79. Цепляев Ю.А. Исследование подъема жидкости из скважины струйными насосами на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Дис. На соискание степени канд. тех. Наук.Тюмень, 1974. -222с.

80. Циклаури Г.В Термодинамика неравновесных двухфазных потоков в адиабатических условиях. Автореферат. д.т.н.Новосибирск, 1975

81. Шаманов Н.П. Дядик А.Н., Лабинский А.Ю. Двухфазные струйные аппараты. Л.: Судостроение 1989. 240с.

82. Шевченко А.К., Берестнев В.А,- Газожидкосный эжектор для освоения нефтяных и газовых скважин.//М.: ВНИИОЭНГ/Машины и нефтяное оборудование-1982 № 7, с 14-15.

83. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М., Наука, 1974, -711с.

84. Штаркман Ш. Нейсен М. Труды АОИМ, серия D, 1964, 84,2,100.

85. Яремийчук Р.С., Возный В.Р., Кифов Б.М., Лотовский В.Н. Технология повышения продуктивности скважин с помощью струйных аппаратов. -М.:ВНИИОЭНГ, 1992. -52с.

86. Brown К.Е., Petrie Н. The Technology of Artificial Lift Methods. The Petroleum Publishing Co., Tulsa, OK, 1980, 2b, chap 6.

87. Cuningham, R.G.: Jet pump theory and Performance with fluids of high density, Trans., ASME 1957, #79. pp. 1802-1820.

88. Cuningham, R.G. Gas Compression with Liquid Jet Pump. Journal of fluid Eng. 1974, Trans., ASME, Series I, 196.

89. Cunningham R.G., Dopkin R.J. Jet Breakup and mixing Throat Lengths for the liquid jet gas pump, Transactions of the ASME, Series D, journal of basic engineering. №3-1974. pp.126-141.

90. Grupping, A,W., Coppes, J.L.R., and Groot, J.G.: Fundamentals of Oil well Jet Pumping. SPE Pet. Eng., 1988, pp.9-14.

91. Hatzavramidis D.T. Modeling and design of Jet pumps. SPE Production Engineering, November 1991, pp. 413-419.

92. Jiao, В., Schmidt, Z., Blais, R.N.: Efficiency and pressure recovery in Hydraulic Pumping of Two-Phase Gas/Liquid Mixtures. SPE Petroleum Engineering, Nov. 1990, pp. 361-365.

93. Petrie , H.L., Wilson, P.M., Smart, E.E.: Jet pumping oil wells. World Oil, Nov. 1983, pp.51-56;

94. Petrie , H.L., Wilson, P.M., Smart, E.E.: Jet pumping oil wells: part 2 Handheld computer programs for installation design. World Oil Dec. 1983, pp.101-108.

95. Petrie , H.L., Wilson, P.M., Smart, E.E.: Jet pumping oil wells: part 3 How design calculations compare with actual field performance. World Oil, Jan. 1984, ppl 11-114.