автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Совершенствование системы сбора газожидкостной смеси путем оптимизации структурных форм потока

5 Г о

МР №

На правах рукописи

КАРАМЫШЕВ ВИКТОР ГРИГОРЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ СБОРА ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРНЫХ ФОРМ ПОТОКА

05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 1996

Работа выполнена в Институте проблем транспорта энергоресурсо] "ИПТЭР" (б.ВНИИСПТнефть).

Научный руководитель - академик РАЕН, д.т.н., профессор,

заслуженный деятель РФ и РБ Валеев М.Д.

Официальные оппоненты - член-корреспондент АН РБ, д.т.н.,

профессор Халиков Г.А.

к.т.н., с.н.с. Пестрецов Н.В. Ведущая организация - ТатНИПИнефть ПО "Татнефть"

Защита диссертации состоится "10" апреля 1997 г. в14°° час, нг заседании диссертационного совета К 104.01.01 при БашНИПИнеф' по адресу: г.Уфа, ул.Ленина, 86

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке "БашНИПИнефть",

Автореферат разослан "_5_" марта 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., с.н.с. Корнилов Г.Г.

к.г.-м.н.

Ю.В.Голубев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших направлений развития народного хозяйства России является разработка и внедрение новых технологических процессов, направленных на снижение энергозатрат, снижение потерь углеводородного сырья, сохранения качества.

В частности, на нефтяных месторождениях России, а также в за-эубежных странах широкое внедрение находит технология или способ >днотрубного сбора и транспорта извлекаемого из недр углеводородно 'О сырья. Однотрубный сбор и транспорт по сравнению с 2-х трубными :пособами сбора и транспорта обладает рядом преимуществ: позволяет >ационально использовать энергию пласта и других средств юпользуемых для извлечения сырья, сводит к минимуму потери нефти I газа, почти вдвое снижает металлоемкость, позволяет совмещать 1роцессы сбора и подготовки нефти, газа и води, увеличивает тепень централизации технологических объектов. В результате лучшаются процессы обезвоживания и обессоливания нефтей, нижаются энергозатраты на подготовку, обеспечивается внедрение ндустриальных методов обустройства месторождений и ускорение их вода в эксплуатацию.

Необходимо отметить, что гидравлика газожидкостных потоков в рубопроводах сложна. Ее сложность обусловлена наличием тносительной скорости между газовой и жидкой фазами, что пределяет многообразие структурных форм газожидкостного потока.

С целью высокоэффективного использования однотрубных гермети-лрованных систем сбора необходимо раскрыть физическую сущность эоисходящих процессов, выяснить механизм движения, раскрыть эичины образования и смены структурных форм и их связи с расходом 1ергии на перемещение смеси.

Предлагаемая работа выполнялась в разрезе тематического плана [ститута ИПТЭР (б.ВНИИСГГГнефть) в соответствии с планом ГКИТ при 1 СССР № 555 от 30.10.1985 г. и планом Миннефтепрома на 1981188 гг.

Цель работы. Исследование влияния структурных форм [зожидкостного потока на гидравлические сопротивления трубопропо-I с помощью использования срсдсти дли нсреиоди '.шоргоошилх струк-рных форм в другие менее энергоемкие формы потока.

Научная новизна. На основе выполненных экспериментальных следований по энергетическим затратам, которые расходуются на

перемещение газоиидкостных смесей, установлено по всей облас изменения расходного газосодержания смеси р существование 3-облпстоП: 1-л область « 0,65-0,7^ - область "газ б жидкости'

2-я область 0,7 <^<0,95 - область "газ над жидкостью'

3-я область Р >0,95 - область "жидкость в газе".

В работе показано, что расход энергии на перемещение смеси ] второй области по сравнению- с первой областью на порядок выше.

Получена эмпирическая зависимость, позволяющая определп' скоростные характеристики фаз газожидкостной смеси горизонтальном пробковом потоке, когда в верхнем сечен! трубопровода дискретно движутся газовые пробки с наличием в пром( ¡кутке между собой перемычек из жидкости, а под собой - сплошно] слоя только из жидкости.

Предложена технология однотрубного сбора и транспорта проду] ции скважин (раздельно-циклическая перекачка), которая исключа! пульсации давления и другие нежелательные явления.

Предложен способ газлифтной добычи нефти и устройство для е1 осуществления, авторское свидетельство (Р 1513130 от 8.06.1989 г.

Приведены аналитические выкладки, а также разработано устро! ство для определения истинного газосодержания в газожидкостш потоках и для отбора представительных проб из нефтепродуктопрово-дов, авторское свидетельство № 896478 от 7.09.1981г.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, кратко сформулирова! основные задачи диссертационной работы.

В первой главе дается краткий обзор отечественных и зарубежных работ, посвященных исследованию движения газожидкостных смес< в трубопроводах. При этом придерживались поэтапного развития рассматриваемого вопроса. Первые шаги в этом направлении относятся 30-м годам нашего столетия в связи с развитием теплоэнергетическс химической и нефтяной промышленности.

При этом в нефтяной промышленности имели дело с изучением, основном, вертикального движения смесей, а в теплоэнергетике, химической промышленности - с изучением как вертикального, наклошк го, так и горизонтального движения. Полученные данные базировалис на экспериментальном материале, полученном на относительно корот ких, малого диаметра трубах, в узком интервале изменения физичес

х свойств компонентов смеси.

Эксперименты проводились в большинстве случаев с маловязкими дкими компонентами. В качестве жидкой фазы, главным образом, пользовалась вода.

При этом необходимо отметить, что полученный эксперименталь-й материал, к сожалению, сильно обесценивается тем стоятельством, что в отчетах о проведенных экспериментах почти сутствует методическая часть. Даны очень скупые и схематичные исания установок, совершенно не позволяющие судить ни о методике мерения, ни о степени их точности.

Из экспериментальных исследований сороковых годов отмечена бота А.А.Арманда. Опыты проводились на воздухо-водпной смеси в ризонтально расположенных латунных трубах с внутренним диаметром зло 26.10 м. Длина участка трубопровода для измерения перепада вления была 1,56 м, а в некоторых опытах 2,0 м. Стабилизирующий эсток трубы (того же диаметра) достигал 6,0 м.

Огромная заслуга А.А.Арманда отстоит в том, что он впервые годом взвешивания рабочего участка трубопровода раскрыл связь иду расходным и истинным газосодержанием смеси и тем самым <азал наличие в таких потоках "проскальзывания" фаз смеси.

В это же время опубликованы теоретические исследования "ЧТелетова. В них даны общие уравнения движения и энергии для гхфазной системы. При этом фазовые изменения учитываются не 1ько в уравнениях движения и энергии, но и в уравнении >азрывности. С.Г.Телетов получает систему дифференциальных 1внений, описывающих неустановившееся движение двухфазной ¡темы. Замыкание ее возможно только при экспериментальном юделении таких параметров, как тензоры вязких и турбулентных ¡ряжений и силы взаимного сопротивления между компонентами

!си.

В 60-70 и последующих годах в связи с потребностью решения ¡кладных задач, вытекающих из развития нефтегазовой промышленно-I выполнен большой объем работ экспериментального и теоретичес-о плана. К ним необходимо отнести работы А.И.Гужова, В.А.Мамае-

Г.Э.Одишария, Д.А.Точигина, Н.И.Семенова и многих других оров.

Заслуживают большого внимания эксперименты, проведенные в 00 ах в ИТФ СО АН России. Авторами выполненных работ удалось снять я скоростей в жидкостных пробках при различных числах Рейнольд-

со в вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы.

Гидравлику газожидкостных потоков в настоящее время мож} охпрпкториаоппти unit у нас, так и за границей, иптонсиш рпэпитиом экспериментальных исслсдопаний.

Do второй главе приведены схема экспериментального стенда,/ но описание экспериментальных исследований движения гаэожидкосп потоков в трубопроводах, описание технологической схемы ctchí методики исследования и техники измерения основных параметре которые характеризуют течение газожидкостных смесей в трубопровс дах. Л также описание выбора способа определения истинной газонг сыщенности при движении ПЙС по трубопроводам с прозрачной мдь фазой (водой), а также с нефтями.

В третьей главе приведены символы, параметры, которые хараь теризуют двухфазные газожидкостные потоки. Последние представля смесь газовой и жидкой фаз.

Объемный расход смеси Qcm представляет равенство

Qcm = , <

где Q , Q' - соответственно объемный расход жидкой и газовой фа м3/с.

При этом заметим, что фаза смеси, свойства которой зависят давления ее расход, свойства и другие характеристики определя при давлении ее нахождения в трубопроводе или аппарате.

Скорость смеси Ücm представляет отношение расхода смеси площади поперечного сечения трубопровода

и - - Q'+q" - и' +11-

Ц:* - р - ¡F-U0+Uc , <

где tl0 , Uf - соответственно приведенная скорость жидкой газовой фаз смеси, м/с.

Одним из базовых параметров в потоках газа с жидкостью явл. ется расходное газосодержание смеси J3 , который представля' равенство

f =

Q" _ а"

Q' +Q' Q

или с учетом (2)

(3

см

И

'i ii

~ и> -

и: +и: ит

, представляет собой расходное соотношение газовой фазы в объеме меси в долях единицы или расходную долю площади сечения труби, анятую газовой фазой, к общей площади трубопровода. Доля же лощади, занимаемая жидкой фазой равна (1-^ ).

В действительности же в 2-х фазных газожидкостных потоках вы-еназванное соотношение площадей и скоростей не выдерживается, роме расходного газосодержания смеси £ используется параметр, оторый называют истинным газосодержанием смеси. Его обозначили ерез . Он представляет собой истинную, фактическую долю площа-и сечения трубопровода, занимаемую газовой фазой при ее совмест-ом движении с жидкой фазой. В этой связи расход фаз смеси пред-тавляет равенства

а" = ос-р • и"

Подстановка значений 0. и 0 из (5) в (3) позволяет для от-ошения ск/Р получить равенство

ос _ оОЦ'4С/-оС)Ц'_ и! + Но* _ ЦГем (б)

Р

1С и" и"

це кроме ранее принятых обозначений Ь0"сц - скорость смеси.

Из (б)(следует, что при равенстве истинных скоростей фаз сме-1 11 = II или (I / и =1,0 истинное газосодержание смесисС авно расходному газосодержанию смеси Р .

Во всех других случаях при наличии относительной скорости фаз ^ ^ Р ■ При 11/11 >1,0 оС < Р . В этом случае наблюда-гся положительное "скольжение" или "проскальзывание" фаз смеси, эи значении же отношения и / Ц. <1,0 ( V. < 11' ) отноше-1е сИ / >1,0 ( Л > Р ). Этот случай характеризует

•рицптельное "сколыконис". Жидкая фаза обгоняет газовую фазу. Псо 1звашше случаи встречаются в практических условиях. Такое юявление определяется соотношением фаз смеси, физическими юйствами фаз (вязкостью, плотностью, значением коэффициента шерхностиого натяжения на граиице раздела фаз), расположением

трубопровода (сила тяжести, подъемная сила) и рядом других причин.

Четвертая глава посвящена анализу данных, полученных в результате выполненных экспериментальных исследований.

Она состоит из 3-х разделов. В разделе 4.1 приведены данные о распределении Фаз ГЖС в области изменения расходного глзосодорланил смсси 0 _ß <0,65-0,70.

Изучение движения ГЖС (при постоянном увеличении нагрузки по газовой фазе) позволило выявить переход от пузырьковой (эмульсионной) структуры, когда жидкость представляет сплошной поток через пробковую (снарядную, четочную) в расслоенный поток Там же представлен графический материал, который дает представление об изменении геометрии потока, размере газовых полостей, жидкостных перемычек между газовыми полостями, о частоте смены газовых полостей (пробок).

На рис.1 приведена схема движения ГШС при пробковой структуре, когда по низу трубы с определенным заполнением сплошным потоком движется жидкая фаза, а в верхней части сечения трубы последовательно друг за другом движутся газовые полости (газовые пробки) с расположенными между ними жидкостными перемычками. В экспериментах производился замер длины газовых пробок, их диаметра, частоты смены, а также замер смоченного периметра под газовыми полостями, который позволил выявить изменение заполнения трубопровода жидкой фазой К в зависимости от ß . График в координатах К (d, -г- ß , где d - диаметр трубопровода представлен на рис.2. Из него следует, что с ростом ß высота \\ под газовыми полостями (пробками) уменьшается и наблюдается рост диаметра газовых пробок.

Жг/дхестнав яерм+м/св

_/

1г.п.

'UsMfC.

Рис.1. Схема движения ГЖС при пробковой структуре

В-1с.2. Изменение заполнения трубопровода жвдюй фазой К /ё в зависимости от $ при пробковом режиме движения смеси

Далее с учетом того, что разностную величину с{ — й можно принять равной диаметру газовой полости (пробки, пузыря) ¿гп с использованием данных вышеназванного графика был построен график в координатах с{-к/с1 =с1гп/с1 и представлен на рис.3

о о 41 о,2 <и о,ч 0.5 0,( 0,1 41 V 1,1 и

Р

Рис.3. Изменение отношения диаметра газовой полости (газового пузыря) ¿гп к диаметру 1руш с1 в зависимости от Р

Аппроксимирующую зависимость между с¿гП /с£ и

искали е

виде

,г„ _—т

/с/ =-/ а

-н

Длл определения численных значений коэффициентов а и § произведено на том ке графике спрямление кривой в координатах с(гп = ^ (^З)путем построения графика в координатах

В результате для области существования пробковой структуры потока получено выражение

-¿р- =-1- , (8)

с* о,12 +

последнее позволяет выразить диаметр газовой полости через диаметр трубопровода и объемное газосодержание смеси Р .

В диссертации приведены результаты,которые позволяют через расход газовой фазы и линейные размеры газовых пробок(полостей) найти скорость движения и определить количество жидкой фазы, которая сосредоточена в жидких перемычках и движется со средней скоростью газовых пробок.

Получена эмпирическая зависимость, которая позволяет для того или другого диаметра трубопровода определить длину газовой пробки (полости) в зависимости от $ (расхода фаз) и промежутка времени между сменой газовых пробок 1 = ^ ( ^ )

Р

1,п~ ^ fio.fi) ■

В связи с тем, что одни авторы при проведении экспериментальных исследований с 2-х фазными газожидкостными потоками в трубопроводах

фиксируют параметр Фруда смеси <"2сл{ > ® другие расход жидкой фазы б в этом разделе аналитически показана связь между ними. Полученная связь позволяет осуществлять переход от ?чсн к 0. и от 0 к • Это в СВ01° очередь,

позволяет производить сравнение и обобщать экспериментальные данные, полученные авторами в различных условиях с разными средами. На'рис.4 показано изменение критерия Фруда смеси по относительной скорости в зависимости от Р . Для его построения

пользованы экспериментальные данные, полученные на трубах 2-х аметров с! = 0,0264 м, с1 = 0,0504 м соответственно длиной , = 194,6 м и £ = 197,2 м. Несмотря на разницу в диаметрах чки Р1см= ^ ) располагаются практически на одной кривой.

0_ » . П О » . с « _о »

• 1 (УГ/

9-2'Г «л

ю го ¡о чо 50 ео *?о м за «о АО ДО <ча на до

Рис.4. Изменение величины в Зависимости от расходного газосодержания $ .

Резкий перегиб кривой наблюдается при значении критерия Лца смеси равным 4,0, при значении $ = 0,7.

Второй раздел главы 4 посвящен определению скоростных ха-{теристик фаз газожидкостной смеси в потоке с пробковой эуктурой. С целью правильного подхода к проектированию ¡отрубных систем сбора, прогнозирования опасных зон в юшении разрушения внутренней поверхности трубопроводов и для 'о, чтобы определиться с выносом водных скоплений, необходимо 1ти зависимости, которые отражали реальные условия движения : газовых пробок, жидкостных перемычек так и сплошного слоя [кости, находящимся под ними. Ибо при эксплуатации нефтяных :торождений, по различным на то причинам, наблюдается рост юдненности нефти. При движении газоводонефтяных смесей по >рным трубопроводам, коллекторам, особенно при Добыче овязких нефтей, вода выделяется в 3-ю фазу. Под слоем нефти но наблюдать присутствие слоя воды. В зависимости от •рузки трубопроводов т.о. и иаинсимости от скорости нефти и сношения фаз он может перемещаться совместно с нефтью и одиться в неподвижном состоянии.

На основе экспериментальных данных получены расчетные за-имости для определения размера газовых пробок, скорости их

движения и скорости слоя жидкости, находящегося под ними. Приведен пример расчета.

Так, полученное значение средней скорости движения слоя жидкости под газовыми пробками, в приведенном примере, хорошо согласуется с данными ИТФ СО АН России. Эта скорость соответствует локальной скорости слоя жидкости, находящегося на расстоянии половины его глубины от нижней образующей трубы до точки перегиба кривой поля скорости. Тогда как использование в расчетах значения скорости смеси У-см по сравнению с полученной скоростью слоя жидкости для рассмотренного примера составляет разницу в 1,51 раза.

В третьем разделе четвертой главы представлена характеристика газожидкостного потока в области изменения расходного газосодержания смеси от 70 % до 95 %. В нем на основании данных собранных непосредственно на промышленных объектах отмечено, что по значению Р они работают в области сильной пульсации давления. С ней связана вибрация не защемленных трубопроводов и подсоединенных к ним сепараторов. В разделе отмечено, что при значении £> близким к 0,7 газовые пробки разрывают жидкостные перемычки и в потоке ПС наступает расслоение. Газовая фаза получает самостоятельный канал и движется над жидкостью. В диссертации дается подробная характеристика такого движения с образованием "шквальных" волн, которые периодически перекрывают канал газовой фазы. Иа-рис.5 приведен график зависимости длины волны перекрытия.

V

V

о

Ъ

о I 1 } К 5 5 ч / 3 /О (I гг О /1 /г 16 п и

А.ч

Рис.5. Изменение длины участков трубопровода, на которых происходит перекрытие сечения жикостными всплесками (длина волны перекрытия Л) в зависимости от изменения средней скорости газовой фазы II при ее движении над падкостью

На этом же рисунке для пояснения приведена последователь-эсть образования и разрушения волн, а также характер изменения звления в сечении волны. Приведено объяснение явления, что с эстом $> или и" время между перекрытиями растет, а частота зрекрытия уменьшается. Дается объяснение движения Г!ИС с 1Льной пульсацией давления, отмеченное другими авторами, рмечено, что аналитический подход к получению зависимостей, ззволяющих оценить затраты в названной области существования 5ких пульсаций, оценка влияния волновых характеристик на (боту промыслового оборудования, на величину потерь напора, >горые в работах других авторов отсутствуют.

л

/ / г

// / А /

[X

о 0,1 0.1 0,1 0,4 0,5 О, С 0,1 О,! 0,3

$

Рис.6. Изменение перепада давления лР в зависимости от изменения & при фиксированном расходе жвдкои фазы Ц : 1 = 1,29-Ю"3, 2 - 1,73'Ю"3, 3 - 2,05'Ю"3 м3/с

На рис.6 в координатах Р - 0 при параметре по эксперимен-пьным данным представлена характеристика трубопровода. По иным этого рисунка был построен график в координатахаР-т-^ горый по своей сути отражает действительное положение работы зажин на нефтяных месторождениях. Позволяет при фиксированном (дебите скважин) проследить за изменением лР в зависимости изменения текущего газового фактора

г £

' - р. ) • В качестве примера такой график в форме ^ /V

при 3-х зафиксированных ч приведен в диссертации.

Из него следует, что расход энергии во второй области 0,70 < -5:0,95 по сравнению с первой области 0 <■ ^ -«0,70 на порядок выше.

В диссертации приведено сравнение данных по изменению длин

волн, перекрывающих канал газа в трубопроводах и длин волн в

открытых водоемах в зависимости от скорости движения газовой , .11

фазы в трубах "и и ветра над поверхностью воды. Из этого сравнения следует, что экспериментальным данным, полученным при движении ГШС в трубах соответствовала штормовая обстановка с колебаниями поверхности границы раздела от 2-х до более чем 3,5 баллов по 12 бальной шкале.

Глава пятая состоит из 3-х разделов. В разделе 5.1 "О возможности и средствах создания приемлемых структурных форм путем дробления газа в потоке с жидкостью" приведен график изменения перепада давления ГЖС ¿Р^ср по отношению к перепаду давления в случае движения одной жидкости л Рж с тем же расходом как и в 2-х фазном потоке в зависимости от Р .Из него следует, что расход энергии в первой области значительно ниже расхода энергии по сравнению со 2-ой $>> 0,7.

В связи с этим была поставлена задача по изысканию возможности искусственного создания в потоке ГЖС приемлемых структурных форм. А перед этим дается краткий аналитический анализ с высказыванием практических предложений о возможности разработки таких способов и средств.

В результате анализа получены выражения для определения полезной мощности // , на дробление газовой фазы

з 6-8-а'

« --(10)

I* =

о Iе

Из (10) и (11) следует, что потребная полезная мощность на дроблопио иропорционллыт рлеходу г« ял 0 , сило

поверхностного натяжения (5 , толщине пленок О и обратно пропорциональна квадрату радиуса получаемых пузырьков.

Приведен анализ явлений,средств и приспособлений использу-

шх для дробления газа с жидкостью непосредственно на потоке в >убах. В результате получено выражение для определения 1Трачиваемой мощности ^ на дробление газа с использованием юфрагмы (штуцеров), а также выражение для определения размера 1ЛОщади) диафрагмы (штуцера).

Приведен пример расчета. Из него следует, что для дробле-1Я газовой фазы площадь сечения штуцера по сравнению с ощадью сечения трубопровода уменьшается на 20 %.

В диссертации приведен также подход к анализу дробления 'зырьков газа и капель жидкости других авторов, приведены комендации по разработке и использованию средств дробления зовой фазы в потоке с жидкостью.

Из выполненного анализа вытекают следующие условия и реко-ндации:

1. Для дробления только газовой фазы пропуск через сужаю-е устройства всей смеси нецелесообразно.

2. Дробление газа является необходимым, но не достаточным ловием.

3. Средства, используемые для дробления газовой фазы (точения пузырьковой структуры), необходимо рассредотачивать по ине трубопровода.

4. Необходимо созданные газовые включения подавать под ой жидкой фазы.

5. Добиваться сохранения созданной пузырьковой структуры

всей последующей длине трубопровода. Например, путем

эличения относительной плотности смеси $ или увеличением вления сепарации.

Вышеприведенные выкладки, рекомендации, используемые сред-за по дроблению газовой фазы в потоке с жидкостью проверялись

опытно-промышленном стенде, схема которого с одним ('бопроводом приведена на рис.7. Стенд содержал три (Гбопровода с внутренними диаметрами 0,075, 0,10 и 0,15 м. 1на рабочей части трубопровода от манометра № 1 до манометра 36 равно 333,2 м.

В разделе приведено также описание последовательности прогнил экспериментов при проверке средств дробления, получены I этом данные с учетом размещения их по длине трубопровода, (ечены недостатки при использовании для дробления газа 1фрагм, а также вредность их использования на ГКС с пенящими-нефтями.

Рис.7. Принципиальная технологическая схема установки

Второй раздел 5 главы посвящен "Технологии однотрубногс сбора и транспорта продукции скважин", исключающей пульсащ давления и другие нежелательные явления. В нем приведены дoвo^ перевода ныне существующего способа на предлагаемую технологии дано описание его осуществления, проверки и отработка его I опытно-промышленном трубопроводном стенде, приведе! перечисление его преимуществ с ныне существующей технологией.

В разделе приведена таблица 5.4 с сравнительными данным! по перепаду давления, при сборе и транспорте газонефтянь смесей по предлагаемой технологии с ныне действующе технологией сбора для скважины № 4550 Ново-Хазинской площа; НГДУ "Южарланнефть", скв. № 3231 и № 296 Сергеевской площа; НГДУ "Уфанефть" и для коллектора КСП-10 Самотлорсшм месторождения. Из таблицы следует, что при прочих равнь условиях перепад давления по предлагаемому способу от 1,5 до раз ниже. Полученный интервал разброса можно объяснит соотношением длин трубопровода, занятого только газовой только жидкой фазами (который определяется полезным объеме разделительной емкости), средней скоростью их движения

следняя определяется дебитом скважин, значением газового ктора и давлением на рассматриваемом участке. /.5

t,H f.»

U

М

1,0

0,9

0,1 0,1

0 30 40 to ¡0 <00 fío 140 110

У, и

Flic.8. Изменение перепада давления дР на длине опытного трубопровода U = 333,2 м, d = ОД м, в зависимосто от длины авдиэстных пробок У, ßPt = 0,88, Q' = 20 м3час (5,5'КГ3 м3/с)

В качестве примера в автореферате рис.8 приведены экспери-|тальные данные, полученные на промышленном трубопроводном ¡нде (диаметр d = 0,1 м, длина 333,2 м, нефть Сергеевской щади НГДУ "Уфанефть") в виде графика в координатахьР^—í— изменение перепада давления на длине трубопровода в шсимости t от длины образуемых жидкостных пробок. Значение при U = 0 (ось ординат) соответствует ныне используемой :отрубной системе сбора при значении расхода нефти Q = i м3/ч и ß = 0,88, которые в опыте оставались постоянными.

Из приведенных данных следует,что с увеличением длины жид-тных "пробок" J-, наблюдается снижение ¿P . Например, при чении k = 150 м, при прочих одинаковых условиях отношение епада давления ныне действующей технологии к перепаду длагаемой -дР/ъ Ррц = 1,69.

В работе приведены расчетные формулы, а также на конкрет-примере приведена последовательность расчета. Раздел 5 главы посвящен способу газлифтной добычи нефти и ройству для его осуществления. Способ разработан на основе периментальных данных, представленных в 4 главе.

В начале раздела приведены критерии оптимальности, приме няемые при эксплуатации газлифтных скважин. По предлагаемо] способу заданный объем отбора нефти обеспечивается минималып расходом газа. Этот же расход является оптимальным. Це. достигается 2 способами.

1. Путем поддержания при среднем давлении на участке Заб! -Устье скважины значения расходного газосодержания смеси £ пределах 0,65-0,75.

2. Путем перевода газового ядра (при кольцевом, стержнев! течении смеси) отдельными струйками из центральной облас лифтовой трубы в пристенную зону.

Целесообразность поддержания значения^ в пределе 0,6! 0,75 подтверждается практически. Данные по изменен! производительности (дебита) газлифта в зависимости от изменен! подаваемого на забой в качестве рабочего агента газовой фа: характеризуют (при прочих одинаковых условиях: постоянш расходе жидкости, одной и той же длине, диаметре труб! изменение расходуемой энергии в зависимости от изменен! расхода газовой фазы.

В разделе дана схема устройства "мятия" и дробления газг приведены расчетные зависимости по определению необходимо! количества газа, приведен пример расчета. На "Способ газлифтнс добычи нефти и устройство для осуществления" выдано а.с № 1513130 от 8.06.1989 г.

В шестой главе предложены аналитические результаты, а та! же разработка устройства для определения газосодержания газожидкостных потоках и для отбора представительных проб ^ нефтепродуктопроводов. В отличие от ныне существующих методе замера истинной газонасыщенности смеси сС , которые свод* поток к модели расслоенного движения и не позволяют увязать оС по длине трубы предложенный метод и устройство лишены эту недостатков.

В конструктивном плане устройство для осуществления пред] ложенного способа определения с( состоит из 3-х узлов:

1. Узла отбора проб. Он представляет отрезок трубы с 2-мя фланцами (катушку). Основным элементом этого узла являете прецизионная пара, состоящая из двух концентрических трубо (подвижной .и неподвижной), которые в трубопроводе находятся вортшеальпом поломомии.

2. Узла принудительной подачи отсеченной пробы (керна) в контейнер. Узел состоит из поршня, штока и механизма для их оозпрптио-поступлтолыюго дни«опил.

3. Узлл эпмсрп, состоящего из цилиндричосного корпуса (кон тейнера) внутри которого расположена прозрачная цилиндрическая вставка с разделительной пробкой.

Приведена схема экспериментального стенда, последовательность проведения экспериментов по проверке устройства и результаты проверки в координатах об на компонентах смеси вода-воздух. На "устройство для отбора проб" получено авторское свидетельство № 896478 от 7.09.1981 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенные экспериментальные исследования позволили эаскрыть физическую сущность происходящих процессов, расширить знания о механизме движения, раскрыть причины образования и :мены структурных форм, и их связи с расходом энергии на ■¡еремещение смеси.

2. По энергетическим затратам на перемещение ГЖС во всей )бласти изменения расходного газосодеркания смеси р установлено ¡уществование 3-х областей:

-я область 0 <Р <0,65-0,75 - область "газ в жидкости" !-я область 0,7 < 0,95 - область "газ над жидкостью" 1-я область £>0,95 - область "жидкость в газе"

3. Получена формула, которая позволяет выразить диаметр 'азовой пробки через диаметр трубопровода и объемное азосодержание смеси.

4. Получена расчетная зависимость по определению скорост-ых характеристик фаз ПКС в горизонтальном пробковом потоке 1-я область), когда в верхнем сечении трубопровода дискретно вижутся газовые пробки (газовые полости) с наличием в ромелутке между собой перемычек из жидкости, а под собой -плотного слоя только из жидкости.

5. Предложена, опробирована на опытно-промышленном трубо-роводном стенде технология однотрубного сбора и транспорта родукции скважин, исключающая пульсацию давления и другие зжелательные явления.

6. Экспериментально доказано, что переход первой области э вторую происходит при Ь = 0,7 и Я«? =4.0.

7. Приведен анализ проверяемых средств, приспособлений,используемых для дробления газовой фазы непосредственно на потоке в трубах. Получена формула, позволяющая определить затрачиваемую мощность Л^ на дробление газа с использованием диафрагм (штуцеров).

8. На основании полученных экспериментальных данных разработан способ газлифтной добычи нефти,и также предложено устройство для его осуществления.

9. Разработано устройство, которое можно использовать для определения гаэосодержания в газокидкостных потоках, а также для отбора представительных проб из нефтепродуктопроводов при приемо-сдаточных операциях.

10. На основе полученных данных разработаны: РД 39-3-1034-84 и РД 39-0076-91.

Публикации по теме диссертации

1. В.Г.Карамышев, Г.Г.Корнилов. 0 характеристике однонаправленного двухфазного потока в трубопроводах//Труды "ВНИИСПТ-нефть. - Сбор, подготовка и транспорт нефти и нефтепродуктов.-вып.XI, г.Уфа, 1973.

2. В.Г.Карамышев, Г.Г.Корнилов. К расчету распределения фаз при пробковой структуре движения ГЖС //Труды ВНИИСПТнефть.-Сбор, подготовка и транспорт нефти и нефтепродуктов, -г-Уфа, вып. XI, 1973.

3. Научно-технический отчет по теме 9-3-77. Совершенствование технологии однотрубного сбора продукции скважин. ВНИИСПТнефть, г.Уфа, 1980.

4. В.Г.Карамышев, Г.Г.Корнилов. 0 способе замера истинной газонасыщенности при движении газожидкостных смесей //РНТС серия Нефтепромысловое дело, вып.5. - М., 1981.

5. Г.Г.Корнилов, В.Г.Карамышев. Результаты определения истинного гаэосодержания смеси в 2-х фазных потоках //РНТС серия Нефтепромысловое дело, вып.2. - М., 1982.

6. Г.Г.Корнилов, В.Г.Карамышев. Устройство для отбора проб при перекачке нефти и нефтепродуктов //Нефтяное хозяйство.- (Р 1 1983.

7. Г.Г.Корнилов, В.Г.Карамышев. Способы и средства определения объемного гаэосодержания смеси в 2-х фазных газожидкостных потоках //Серия Нефтепромысловое дело. Обзорная

шформацил.- Вып.2 (131)- М., 1907.

8. A.c. 896478 СССР, МКИ COl IP 1/00. Устройство для отбора ipoö /Г.Г.Корнилов, В. Г.Кпрпмышсп, Р.П.Бушманиип (СССР). - Зс.

: илл.

9. A.c. 1513130 СССР. МКИ В01Д 1/00. Способ газлифтной обычи нефти и устройство для его осуествления /Г.Г.Корнилов, .Г.Карамышев. - 4 е., 2 илл.

Соискатель