3011

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин-Дипломная работа

ID: 199557
Дата закачки: 21 Марта 2019
Продавец: as.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диссертация
Форматы файлов: CAD-системы и проектирование, AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word

Описание:
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин-Дипломная работа
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫНОСА ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ ИЗ СТВОЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ КГТ.

Представляемая модель является комплексным математическим описанием движения газированной промывочной жидкости в горизонтальной скважине при бурении с применением колонны гибкой непрерывной трубы Coil Tubing.
Схема конструкции скважины при бурении под эксплуатационную колонну представлена на рис. 20.

Рис 20. Схема движения газожидкостной смеси
в горизонтальной скважине

Соответственно схема разделена на следующие участки :
1. вертикальный участок внутри КГТ.
2. участок набора кривизны внутри КГТ.
3. горизонтальный участок внутри КГТ.
4. горизонтальный участок в кольцевом пространстве.
5. участок набора кривизны в кольцевом пространстве.
6. вертикальный участок в кольцевом пространстве.
Особое внимание уделялось моделированию процесса выноса частиц выбуренной породы из кольцевого пространства горизонтального участка скважины.
Безмуфтовая конструкция непрерывной бурильной трубы позволяет КГТ занимать в скважине положение с максимальным значением эксцентриситета, плотно прилегая, при этом, к стенкам скважины. В местах с максимальным эксцентриситетом бурильной трубы осевшие частицы выбуренной породы образуют скопления, застойные зоны. Эти зоны со временем увеличиваются, создавая барханы. Образование барханов значительно ухудшает эффективность очистки скважины, приводит к пульсациям параметров промывки, снижению скорости бурения.

Рис. 21. Основные виды структур газожидкостных потоков
Таким образом, выбуренная порода, вымытая с забоя по длине горизонтального участка ствола скважины при установившемся движении промывочного флюида, образует неподвижный слой. Первоначально слой начинает образовываться на некотором удалении от забоя, где действие влекущей силы потока жидкости начинает ослабевать в сравнении с действием силы тяжести.
В свою очередь, промывочная жидкость движется над неподвижным слоем и образует, так называемый, подвижный слой трехфазной смеси (жидкость, газ и частицы выбуренной породы). Изменение параметров течения газожидкостной смеси, может изменяться в зависимости от структуры газожидкостного потока. Структура газожидкостного потока определяется вязкостью, давлением, физическими свойствами газа и др. факторами [2] и может быть нескольких видов: пузырьковая; снарядная; пробковая; кольцевая; дисперсная (см рис. 21).
Со временем неподвижный слой осевших частиц образует бархан, препятствующий свободному течению жидкости в кольцевом пространстве. С ростом бархана кольцевое пространство уменьшается, возрастает скорость потока смеси. Увеличение бархана по высоте продолжается до того момента, как скорость потока достигнет некоторого критического значения, при котором действие силы тяжести на частицы будет скомпенсировано силами Архимеда и сопротивления осаждению.
Однако при достижении критической скорости промывки, бархан еще продолжает расти, но уже вдоль ствола скважины от забоя до участка набора кривизны с постоянной высотой. Явление барханообразования хорошо представлено в исследованиях зарубежных специалистов международной ассоциации инженеров-нефтяников SPE [12]. На рис. 22 представлена диаграмма роста бархана по длине ствола горизонтальной скважины с течением времени.

Рис. 22 Изменение высоты депозитного уровня по длине секции.

Суть моделирования процесса выноса частиц сводится к определению критического значения скорости промывки, при котором застойные зоны прекращают расти.
Значения рабочего давления насоса и расхода газожидкостной смеси при установившейся критической скорости являются требуемыми параметрами для обеспечения процесса эффективного выноса частиц выбуренной породы из скважины.
В представленной математической модели произведен учет многих параметров влияющих на поведение жидкости в скважине, таких как:
- плотность и вязкость газожидкостной смеси, и их изменение по длине ствола скважины;
- максимальный эксцентриситет КГТ и высота образующегося неподвижного слоя частиц выбуренной породы (ЧВП) в застойных зонах кольцевого пространства;
- параметры режимов течения жидкости на соответствующем интервале длины ствола скважины;
- диаметр и плотность ЧВП.

4.1 Допущения модели.

В представленной модели, как и в любой математической модели, существует ряд упрощений, отличий от реального процесса:
1. Температура потока по длине ствола скважины принимается постоянной;
2. Плотность и вязкость трехфазной жидкости по длине соответствующего участка скважины постоянны.
3. На горизонтальном участке высота слоя застойной зоны и расходная концентрация частиц выбуренной породы по длине постоянны.
4. Форма частиц выбуренной породы принимается сферической, все частицы имеют одинаковый диаметр;
5. Не учитывается взаимодействие между частицами выбуренной породы при движении трехфазной смеси в кольцевом пространстве
6. Поток газожидкостной смеси имеет дисперсную структуру по всей длине ствола скважины.
7. Образовавшийся слой частиц выбуренной породы в кольцевом пространстве считается неподвижным.



Комментарии: 6.1. Исследование “Joint Industry Research Project”. (SPE 26713) [15]
 Проект Joint Industry Project был проведен для исследования поведения и выявления ограничений применения гибких труб в горизонтальных скважинах. Полномасштабные исследования (FST) показали ограничения в применении традиционно принятой теории и отличия в проведении промысловых работ.
 Остаточный изгиб гибких труб, граничные нагрузки и профиль скважины являются предопределяющими параметрами относительно максимального проникновения гибких труб в горизонтальную скважину. Компьютерные модели имеют обычно значительно меньшее прогнозируемое значение горизонтальной длины в этих скважинах. Тем не менее, современные исследования и опыты на месторождениях подтвердили приближенность к реальным условиям этих прогнозов. Эта статья описывает и показывает главные результаты и заключения, включающие некоторые ссылки на современные опыты на месторождениях.
Введение
По отношению к концу 1980 года улучшения в технологии горизонтального бурения привели к результатам в повышении скорости бурения в определенном числе и длине горизонтальных скважин, пробуренных в Северном море. Интерес был вызван возможностью сервисного обслуживания скважин, с тех пор как компьютерные модели гибких труб сервисных компаний достаточно полно прогнозировали проблемы, связанные с созданием горизонтальных скважин. Ряд теоретических трудов по прогнозированию поведения гибких труб в процессе эксплуатации было выпущено на протяжении последних нескольких лет.
Большинство моделей основаны на расчете прочности труб. Однако, это имеет силу только для буровых труб. Кроме того, критерий стопорения колонны максимально достижимой нагрузкой / протяженности горизонтального участка был принят ограничением спирального изгиба, который может являться предельным ограничением для буровых труб, промысловые исследования показывают, что этот предел приемлем и для гибких труб.
В январе 1991 года шесть компаний – операторов, сформировали JIP, по исследованию поведения гибких труб в горизонтальных скважинах.
Компании – операторы являлись составной частью управляющего комитета, тогда как шесть сервисных компаний сделали вклад в оборудование, человеческие ресурсы и технические экспертизы. Сервисные компании получили все экспериментальные данные и активно участвовали в изменении своего технического оборудования на этой основе. Полномасштабные исследования гибких труб под действием оксиально сжимающей силы были проведены в предпочтении к модельным экспериментам, что позволило сопоставить шкалу проблем со шкалой результатов.
Возможность передачи силы к конечному сечению гибких труб была признана важным требованием и это оказало влияние на выбор пути проведения исследований. Таким образом, программа имеет следующие главные цели:
- наблюдение поведения гибких труб под осевым сжатием в полномасштабных условиях для сравнения с прогнозами по теории,
- определение ограничивающих факторов в использовании гибких труб в горизонтальных скважинах на месторождениях и в особенности верхнего предела горизонтальной длины, где сервисные операции с гибкими трубами еще возможны,
- получение качественных данных (силы приложенной к КГТ/силы на ее нижнем конце и перемещения) для разных типоразмеров КГТ под действием различных условий нагружения, относящихся к операциям в горизонтальных скважинах, позже используемых для компьютерного моделирования.
Ограничениями в проекте были испытания в трубах с внутренним диаметром до четырех дюймов. Тем не менее, было получено достаточно качественных данных для достижения намеченных целей.
Статья описывает выполненные эксперименты и подводит итоги основных результатов. Выводы, относительно создания максимально возможных по длине горизонтальных скважин, были сделаны, и факторы, влияющие на это, установлены.

6.2. Описание экспериментов с оборудованием.
Для эксперимента PEA – 13 выбрали трубу с внутренним диаметром четыре дюйма, и сквозь выкидную линию ввели гибкую трубу (TFL – контур для закачки инструмента через выкидную линию) для полномасштабных исследований. Профиль испытательного контура показанный на рис.6.1. расположен на ухабообразной поверхности. С максимальной разницей высоты в 9 метров это признано хорошим представлением горизонтальной скважины с контролируемой глубиной. Максимальное резкое изменение ствола скважины было 4,4 0/ 10 м и изменение азимута было признано незначительным. Достигнутая длина горизонтальной секции была 600 метров.


Длина испытательного контура, м
Рис.6.1 Профиль испытательного контура (верхняя увеличенная линия) показывает изменение высоты контура

Компания “Rogaland Research” (RR) выполняла контракт по большинству экспериментов программы, пока фирма “Sintef”, в Трондхейме, выполнила субподрядный контракт некоторого числа экспериментов на трение.
Первоначально осевая нагрузка на гибкие трубы была спланирована с применением TFL движущих сил. Этот метод был значительно дешевле, чем используемый инжектор и RF, имеющих широкое применение в оборудовании. Со временем и опытом методы экспериментов изменялись. Различные настройки экспериментов в месте с логическими выкладками детально изложены ниже.
Описание настроек и процедур экспериментов.
При планировании программы экспериментов особое внимание уделялось возможности создать условия приближеннные к реальным. Это отражено в оборудовании и программах экспериментов, описанных ниже.
В общем виде программа выполнения всех экспериментов детально показана в табл.6.1.

6.2.1.Опыт с настройкой №1
TFL - локомотивы присоединены к концу КГТ для создания сжимающей силы, как показано на рис.6.2.


Рис.6.2 Схема нагружения КГТ с применением TFL-локомотивов в опыте №1

Давление выше и ниже TFL – локомотивов (давления Pa и Pb соответственно) были использованы для подсчета сжимающей силы (Fвход), в то время как сила на выходе (Fвых) была найдена путем измерения гидравлического давления внутри статического датчика веса (Pslc) ниже TFL – локомотивов ( Pb ). Деформация (растяжение/сжатие) КГТ фиксировалось по средствам 10 прикрепленных радиоактивных маркеров на гибкой трубе; по одному с обеих концов и 8 через интервалы в 5 метров от нагруженного конца трубы. Давление фиксировалось автоматически, тогда как деформация записывалась вручную [15].
Циклы эксперимента состояли в нагружении (сжатии) трубы для определения максимальной Fвход, измерении Fвых, деформаций с последующим снятием нагрузки. Основным этапом в выполнении следующего цикла было то, что свободный конец трубы немного (5-6 см) вытягивался обратно для уверенности в его ненагруженности.
6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработана конструкция узла введения газа в бустерную камеру, обеспечивающая направление потока нагнетаемого газа по касательной к внутренней окружности цилиндра бустерной камеры, что исключает явление барботажа при компрессии и смешении фаз в рабочем объеме цилиндра.
2. Для повышения КПД и эффективной работы бустерного комплекса с приемом газа от внешнего источника низкого давления, рекомендован дополнительный компрессорный узел, состоящий, например, из винтовой компрессорной установки. Подбор осуществляется с целью увеличения давления на входе в бустерную установку, что позволяет повысить производительность и КПД установки, существенно расширить диапазон регулирования газового числа Г (отношение расходов газа и жидкости), от 40 – 1000 и повысить производительность установки по газу до 40 м3/мин.
3. Анализ результатов исследований по обеспечению эффективной промывки горизонтальных скважин при бурении на депрессии показал, что определяющим параметром для очистки ствола скважины от шламовых скоплений является скорость потока в кольцевом пространстве на горизонтальном участке.
4. Исследования позволили установить критические минимальные значения скорости промывки, при которых прекращается рост застойных зон в затрубном пространстве. Эффективная очистка ствола скважины, при бурении с применением газожидкостных смесей, обеспечивается при значениях критической скорости промывки равной 1,1 – 1,2 м/с. Дальнейшее повышение скорости нецелесообразно, т.к нет существенного влияния на величину высоты неподвижного слоя частиц выбуренной породы.
5. На основе проведенных исследований, и разработанной математической модели процесса выноса частиц выбуренной породы из кольцевого пространства горизонтального участка ствола скважины, были получены расчетные соотношения для определения параметров промывки бурящихся скважин (расхода, давления, плотности и вязкости и промывочной жидкости).
6. По результатам проведенных исследований разработана программа в пакете Math Cad для расчета параметров промывки горизонтальной скважины при бурении на депрессии. Полученные в результате расчета значения параметров промывки позволили определить требуемые режимы работы наземного насосно-компрессорного оборудования. По диапазонам значений требуемых режимов работы представляется возможным, в свою очередь, осуществить подбор оборудования необходимого типоразмера для оптимизации процесса бурения скважин на депрессии в целом.




Размер файла: 12,5 Мбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

        Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин-Курсовая работа
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН колтюбинговой установкой-Результаты расчета параметров промывки горизонтальной скважины при бурении на депрессии-Трехуровневая модель промывки скважины с при
Ещё искать по базе с такими же ключевыми словами.