CC BY
22
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИ
УДК 622.245.54
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ГИДРОИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА
Р.Х. ФАССАХОВ*, И.К. ФАЙЗУЛЛИН**, Я.М. САХАПОВ*, А.М. БАДРЕТДИНОВ*, Д.А. ЕЛДАШЕВ***, Д.В. ПРОЩЕКАЛЬНИКОВ***, А.И. ГУРЬЯНОВ***
* ЗАО «ТАГОЙЛГАЗ»,** ЗАО «Кулон-2»,
*** Казанский государственный энергетический университет
В работе проведен анализ энергозатрат при гидроимпульсном воздействии на призабойную зону. Отмечается преимущество использования низкочастотных колебаний вследствие их меньшего поглощения в поровых каналах пласта. Приведено математическое описание и модель формирования знакопеременных импульсов давления в призабойной зоне. На основании математической модели проведено сравнение энергозатрат при непрерывном и пульсационном режиме воздействия. Показано преимущество пульсационного режима, как менее энергоемкого.
За последние годы внимание многих исследователей и инженеров привлекает идея использования гидроимпульсных способов воздействия (ГИВ) на нефтяной пласт. Это приводит к усилению массообменных перетоков между неоднородными частями коллектора, рассредоточению кольматирующего эффективное пустотное пространство материала по объему пласта и разблокированию зон, целиков, насыщенных нефтью и пластовой водой.
Для создания импульсов в скважинах используют гидроимпульсные насосы типа НПГ, гидроимпульсные пульсаторы типа П-1 или ПГС-1 и виброструйное устройство типа УВС-1, разработанные НПО «ПАРМ-ГИНС» [1]. Спуск этих устройств в призабойную зону осуществляется с помощью НКТ. В качестве флюидов используются вода, нефть и водные растворы химических реагентов (кислоты, ПАВ и др.). Метод ГИВ применяется в компаниях «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть», «Когалымнефтегаз», а также «Сургутнефтегаз» и
«Ноябрьскнефтегаз». Коэффициент успешности работ составляет 75-95%, а среднесуточный прирост добычи нефти из малодебитных скважин — 5-6 т/сут. Приемистость нагнетательных скважин возрастает в 1,5-4 раза. Частотный диапазон составляет 5-50 Гц. Сведений по оценке времени сохранения эффекта от обработки пород методом ГИВ не приводится [1].
В работах [2, 3] отмечается преимущество использования низких частот (1Гц и менее) вследствие их меньшего поглощения в поровых каналах пласта и, соответственно, распространения на достаточно большие расстояния: от десятков до сотен метров от ПЗП обрабатываемой скважины [4]. Осуществление таких колебаний предусматривает периодическое движение столба жидкости в скважине с помощью поверхностного генератора импульсов давления (ГИДП). Генератор размещают на устье скважины на обсадной колонне или на ее боковом отводе, заполненных жидкостью. Колебания осуществляются с помощью переменного нагнетания и стравливания сжатого до давления 15 МПа воздуха.
© Р.Х Фассахов, И.К. Файзуллин, Я.М. Сахапов,
Идея гидроимпульсного воздействия на ПЗП также нашла свое воплощение в создании устьевой аппаратуры по формированию знакопеременных импульсов давления в призабойной зоне, что сопровождается образованием в скважине стоячей волны [5, 6]. Для получения наибольшей амплитуды колебаний стоячей волны в нагнетательных скважинах с обсадной колонной 4 и 5 дюймов закачка флюида проводится до давления 15 МПа, а в добывающих - до 10 МПа. При этом в призабойной зоне возникают репрессионно-депрессионные импульсы давления, способствующие срыву адсорбционных отложений в поровом пространстве пласта.
Авторами работы [7] отмечается, что совершенствование технологии использования методов ГИВ следует вести исходя из следующих условий:
во-первых, очевидна необходимость снижения силовых нагрузок, поскольку поддержание давлений 10-20 МПа при расходе рабочего флюида до 500 м3/сут связано с повышением энергетических затрат;
во-вторых, следует отдавать предпочтение методам, использующим низкочастотные колебания вследствие их меньшего поглощения в поровых каналах пласта. Эффективно использовать смешанные частотные режимы обработки ПЗП;
в-третьих, для выбора выгодного, с точки зрения энергосбережения, режима обработки необходимо использовать математическое моделирование. Последнее важно использовать также по причине отсутствия единой методологии выбора как метода обработки ПЗП, так и конструкции наземного оборудования, обеспечивающего необходимый режим воздействия при экологически чистой и мало затратной технологии. На сегодняшний день такой выбор осуществляется в виде рекомендаций и носит вероятностный характер, что представляет собой дорогостоящий метод проб и ошибок.
Первые два требования можно удовлетворить, выбирая нагрузки и частоты исходя из колебательных свойств самой скважины [7]. Ее основные конструктивные элементы: обсадная и насосно-компрессорная труба (НКТ) с устьем и забойной зоной - представляют собой коаксиальный и-образный элемент. Вместе с находящимся в скважине флюидом он может рассматриваться как колебательное звено. Знакопеременное движение жидкости осуществляется посредством ее нагнетания насосом и последующим стравливанием давления посредством ресивера. При этом время нагнетания Т1 и время сброса давления Т2 зависят от объема ресивера.
Моделирование динамики апериодического движения рабочей жидкости может быть описано системой уравнений [7]. С этой целью вся гидравлическая система нагнетания и сброса давления разбивается на 6 частей: насосно-комрессорная труба (НКТ), призабойная зона (ПЗ), кольцевое затрубное пространство (КП), насосная линия (НЛ), ресивер, линия сброса давления (ЛСД). Таким образом, уравнения движения, записанные для каждой части, включают в себя девять искомых функций: 20(т), ^(т), 22(т), Qn(т), 03(т) - объемные расходы в НКТ, ПЗ, КП, НЛ, ЛСД соответственно, а также р,аб (т), Руст (т), Рг0(т), Рр (т) - давления в ПЗ, на устье скважины, на уровне спуска НКТ в скважину, в
газовой подушке ресивера.
Адекватность модели была проверена на нагнетательной скважине записью динамики давления в призабойной зоне. Модель позволяет провести оценку энергозатрат гидроимпульсного способа дренирования по сравнению с непрерывным, используемым на практике. При непрерывной прокачке жидкости ее скорость постоянна и определяется напором АР из соотношения
АР = Х« HPW2 + Xl Hc
d « 2
d1 2
(1)
где X0, Xj - коэффициенты сопротивления в НКТ и КП, зависящие от чисел
п ~ т> w0d0 D wxdx
Рейнольдса ReHKT = —и ReHKT = .
v v
АР - это гидравлическое сопротивление, равное АР = Рэцн (Qh ), определяемое по формуле
(2)
Рэцн (Qh (т)) = Popt (2 - q - A(1 - q)2) Qh (т)
где q =
Q
Qopt - оптимальная производительность насоса, соответствующая
opt
максимальному значению его КПД; Рор( - давление, создаваемое насосом при работе в
оптимальном режиме. Значение А = 0,7 - 0,9 в зависимости от типа насоса [8].
Решение уравнения (1) с учетом (2), а также уравнений непрерывности в насосной линии, НКТ и КП йн = w0 ^0 = ^1S1, позволяет найти значения стационарных скоростей и соответствующих им чисел Рейнольдса в КП и НКТ в зависимости от задаваемых значений АР. При этом теоретические энергозатраты вычисляются согласно соотношению
Кт = йн • Рэцн (йн) . (3)
Для пульсационного режима расчет Кт сводится к осреднению по
пульсационному периоду:
N
= Т J Рн (t) • Qh (t)
dt
(4)
Результаты сравнительного анализа энергозатрат в непрерывном и пульсационном режимах приведены ниже. На рисунке 1 приведена динамика изменения величины МТ в реальном масштабе времени. На участке нагнетания давления нет расхождения в энергозатратах, и значения Рэцн (т) и Qн (т) соответствуют непрерывному режиму.
Теоретические затраты электроэнергии
14
12
І 10
£
Ь «
3 6с
” 4-
2 -0-
•
1 1
1 - 4 \
X 1
11;п т іамін- \ \ ^ бросдавления
'І'М ІІ.І раніш
■ Непрерывный режим — “ Пу.іьсационньїй режим
50
100 Время, сск
150
200
Рис. Теоретические энергозатраты МТ для импульсного и непрерывного режимов прокачки (К=0,5 мкм2; Р ( = 20 атм; йш = 0,3 м3/мин; Т1=80 с; Т2=120 с)
Расхождение начинается на участке фильтрации, где ресивер находится в равновесии и давление повышается. При этом расход понижается до уровня фильтрационного потока Q1. При сбросе давления картина становится асимметричной. Давление практически падает до нуля, поскольку насос работает в холостом режиме, а расход возрастает до уровня, определяемого равновесием в линии сброса. Выигрыш суммарных энергозатрат происходит в пользу пульсационного режима.
Из приведенных в таблице результатов расчетов средней мощности NТ по соотношениям (3) и (4) видно, что по энергетическим затратам пульсационный режим выигрывает в 3-3,5 раза.
Таблица
Теоретические затраты электроэнергии на прокачку для двух режимов
Стационарный режим Пульсационный
Рopt > атм Re "^нкт ReKn N1, кВт N2,кВт
10 71600 35310 4.99 1.25
15 80770 39760 7.16 1.76
20 86820 42680 8.88 2.27
25 91130 44760 10.26 2.77
30 94370 46320 11.38 3.25
Summary
Power cost analysis in the hydroimpulse influence on the bottomhole zone is carried out. The advantage of low-frequency oscillation is outlined due to their lesser absorption in pore formation channel. Mathematical description and simulation of variable mark pressure impulses in the bottomhole formation zone are presented. Based on the mathematical simulation model the power cost of continuous and pulse mode influence is compared and resulted in pulse mode advantage as the most effective.
Литература
1. Родионов Игорь. Интенсификация добычи нефти на месторождениях ОАО «ЛУКОЙЛ» // Нефть и капитал / Нефтеотдача.- 2002. - №5.
2. Балашканд М.И. Импульсная знакопеременная обработка призабойной зоны скважин с целью интенсификации потоков // Каротажник.-2000. - № 79. - С. 77- 85.
3. Бажалук Я.М., Сабашко В.Я., Чистяков В.И. и др. Технология комплексного воздействия па приствольную зону пласта упругими колебаниями разных частот // Каротажник.- 2000. - № 64. - С. 91- 94.
4. Янтурин А.Ш., Рахимкулов Р.Ш., Кагирманов Н.Ф. Выбор частоты при вибрационном воздействии на ПЗП // Нефтяное хозяйство.- 1986.- №2.- С. 63-66.
5. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин.- М.: Недра, 1990.- С. 46-47.
6. Патент RV №2159326. Способ и устройство освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием Нурисламов Н.Б., П.Д. Сеночкин, М.Г. Закиев, Р.М. Миннулин /Приоритет от 15.12.99.
7. Структуросберегающая технология импульсного дренирования нефтяных пластов /Гурьянов А.И., Прощекальников Д.В., Фассахов Р.Х. и др.// Нефтяное хозяйство.- 2004.- №12.- С. 92-93.
8. АС 1700207 СССР, МКИ Е 21 В 37/00. Способ очистки скважины от отложений в процессе ее эксплуатации/ Ф.Г. Велиев, Р.А. Курбанов. (СССР). -№4483064/03; Заяв. 20.07.88; Опубл. 23.12.91., Бюл.№47.-2с.
Поступила 11.08.2005
