автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Совершенствование струйного агрегата для обработки призабойной зоны скважины

Введение.

1. Литературный обзор по применению струйных агрегатов в нефтедобыче.

1.1. Области применения струйных агрегатов.

1.2. Теория и расчет струйных насосов.

1.3. Выводы. Постановка задачи исследований.

2. Аналитические исследования струйного агрегата для обработки скважин.

2.1. Разработка принципиальной схемы агрегата.

2.2. Совместная работа агрегата со скважиной.

2.2.1. Постановка задачи исследования и принятые допущения.

2.2.2. Влияние коэффициента продуктивности на работу насоса.

2.2.3. Влияние показателя степени уравнения притока на работу насоса.

2.2.4. Влияние пластого давления на работу насоса.

2.2.5. Влияние расхода рабочей жидкости на работу насоса.

2.2.6. Влияние глубины подвески на работу насоса.

2.3. Совместная работа струйного аппарата с пакерующим узлом.

2.3.1. Принятые допущения и постановка задачи.

2.3.2. Определения площади поршня.

2.3.3. Определения высоты упругого элемента.

2.4. Выводы.

3. Экспериментальное исследование струйного агрегата для обработки скважин.

3.1. Разработка экспериментального стенда.

3.2. Методика проведения экспериментов.

3.3. Результаты экспериментальных исследований.

3.4. Выводы.

4. Разработка конструкции струйного агрегата для обработки скважин.

4.1. Промысловый опыт применения струйных насосов для промывок скважины реагентами.

4.1.1. Устройство и работа струйного циркуляционного насоса.

4.1.2. Технология промывки скважины и результаты промысловых испытаний.

4.2. Конструкция агрегата и технология его применения.

4.2.1. Устройство и принцип работы струйного агрегата.

4.2.2. Разработка технологии применения агрегата для обработки скважин.

4.3. Выводы.

Струйные насосы всегда привлекали внимание исследователей вследствие своих привлекательных особенностей, таких как простота конструкции, надежность работы как с газированными жидкостями, так и с высоким содержанием мехпримесей и др. Как показала практика, особенно выгодно применение струйных насосов при эксплуатации многодебитных наклонно направленных скважин, причем, с увеличением глубины подвески рентабельность данного способа эксплуатации увеличивается в сравнении с другими методами

Однако широкому использованию струйных насосов в России препятствует отсутствие надежного поверхностного насосного блока, оборудованного системами подготовки и разделения рабочих и подсасываемых жидкостей, способных работать длительное время, сопоставимое с межремонтным периодом струйного насоса. Монтаж струйного насоса в скважине возможен или с двумя колоннами насосно-компрессорных труб (НКТ) или с одной колонной НКТ, оборудованной пакером. Использование двух колонн усложняет монтаж скважинного оборудования и затрудняет эксплуатацию по причине ограниченности в диаметральных размерах, использование же пакера приводят к проблемам, связанным с установкой пакера в скважине и обеспечения надежности разобщения затрубного пространства. В этом случае, как правило, находят применение пакеры стандартных конструкций, которые не вполне приспособлены для совместной работы со струйным насосом. Одним из решений проблемы может оказаться разработка струйного насосного агрегата, включающего в себя пакерующее устройство, выполненное заодно со струйным насосом и специально выполненное для совместной работы со струйным насосом. Данная диссертационная работа выполнялась именно в этом направлении.

Работа выполнялась на кафедре нефтепромысловой механики Уфимского государственного нефтяного технического университета под руководством заведующего кафедрой, профессора Султанова Байрака Закиевича. Научным консультантом работы был доцент кафедры нефтепромысловой механики Вагапов Самат Юнирович.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ПРИМЕНЕНИЮ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ В НЕФТЕДОБЫЧЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенные аналитические исследования совместной работы струйного насоса со скважиной позволили сделать следующие выводы:

Установлено, что показатель степени уравнения притока сильно влияет на величину снижения давления в подпакерной зоне. Так, если, при коэффициенте продуктивности к = 6,1.10 "и м3/(Па.с) и показателе степени п = 1, давление в подпакерной зоне падает до нуля при давлении нагнетания 32 МПа, то при п = 0,8 давление в подпакерной зоне падает до нуля уже при 15 МПа. Очевидно, что показатель степени уравнения притока так же сильно влияет и на коэффициент инжекции, причем степень влияния увеличивается с увеличением давления нагнетания.

Для наиболее реальных пределов изменения коэффициента продуктивности, давление в подпакерной зоне падает до нуля при давлениях нагнетания Ршг=17МПа (к=4,51.10 'п м3/(Па.с)) и Ршг=32МПа (к= 6,1.10 "п м3/(Па.с)). Следовательно, добывные возможности насоса таковы, что существующими насосными агрегатами обеспечивается снижение давления на забое даже при сильном притоке. При изменении коэффициента продуктивности в предыдущих пределах, максимально возможный коэффициент инжекции при существующих насосных агрегатах не превышает 0,35 ( Р1ШГ = 40 МПа ).

2. Установлено, что исходя из обеспечения эффекта самоуплотнения в пределах обратимой пластической деформации для наиболее реальных скважинных условий площадь кольцевого поршня пакерующего узла должна быть не менее 47 см2, длина уплотнительного элемента не менее 25 см.

3.Экспериментально получена зависимость герметизирующей способности устройства от перепада давления на поршне. Установлено, что для наиболее реальных скважинных условий применение устройства позволит обеспечить герметизацию подпакерной зоны с перепадами давления до 7.8 МПа.

4. Экспериментально установлено, что уже при перепаде на уплотнительном элементе в 2 МПа наблюдалось перемещение пакерующего устройства относительно стенки обсадной колонны, однако, при этом герметизация на уплотнительном элементе не нарушалась. Полученный результат позволяет рекомендовать применение агрегата без дополнительного якоря в пределах прочности колонны насосно-компрессорных труб.

5. Проведен анализ применения струйных насосов для обработки скважин рифовых месторождений АНК «Башнефть», характеризующихся низкими пластовыми давлениями и большими мощностями продуктивного пласта. На основании проведенных исследований разработана на уровне изобретения конструкция струйного насосного агрегата с пакерующим узлом, позволяющая упростить технологию применения струйного насоса за счет исключения операций по установке пакера в скважине. Предложена технология применения струйного насосного агрегата в скважинах рифовых месторождений АНК «Башнефть», позволяющая повысить эффективность кислотных обработок скважин.

1. Абрамзон JI. С. Работа эжектора на вязкой жидкости // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов : Сб. Науч. тр. / НИИ . ин-т трансп. И нефти. -М. : Гостоптехиздат , 1963,- Вып. 1- С.68-87.

2. Абдулзаде A.M. , Кондрат P.m. Совершенствование эжекторных устройств для создания высокодисперсного газожидкостного потока в лифтовых трубах скважины // Экспресс информ. Сер . Машины и нефтяное оборудование. -1985,- №9.-С. 16-18.

3. Абдулзаде А. М. , Керимов С.К. Исследование работы глубинного эжектора УкрНИНТИ , -1986. -8С.

4. Абдулпаев Ю.Г., Воробьев В.Д., Зацепина Е.Г., Муппаев Б.Т. Современные конструкции установок скважинных струйных насосов за рубежом. М.: ВНИИОЭНГ ,1987.-33 С.

5. Аврущенко Б.Х. Резиновые уплотнители . -JI. Химия , 1978. -136 С.

6. Апанович Ю. Г., Яремийчук P.C., Кифор Б.М.Воздействие на призабойную зону пласта многократными депрессиями // Нефтяное хозяйство . -1985,- № 4,- С.17-30.

7. Ароне Г. А. Струйные аппараты Теория и расчет. -М.: Госэнергоиздат, 1948,- 139 С.

8. Баженов М . И . Экспериментальное исследования водовоз душного струйного аппарата на прозрачной модели // Изв. Вузов. Сер. Энергетика .1966 .- № 3. -С82-86.

9. Берман Л. Д. Ефимочкин Г.И. Расчетные зависимости для водоструйных эжекторов // Теплоэнергетика . 1964.-№7.-С.44-48.

10. Ю.Берман Л . Д., Ефимочкин Г.И. Методика расчета водоструйного эжектора //Теплоэнергетика . 1964 ,-№8.-С.92-94.

11. П.Богданов А .А ,,Помазкова 3 . С. Струйные аппараты для промывки песчаных пробок в скважинах . -: Гостоптехиздат Д960.-82С.

12. Богданов А .И ., Коробченко В. А . К исследованию кавитации в струйном насосе // Изв . Вузов . Серия Энергетика . 1977. № 7,- С.62-68.

13. Булычев Г. А. Применение эжектирования при эксплуатации нефтяных и газовых скважин. М: Недра, 1989.-116С.

14. Васильев Ю . И. К теории ступенчатого диффузора // Лопастные машины и струйные аппараты : Сб . науч. тр . Машиностроение , 1969 . -Вып - №4 -С.299-245.

15. Вагапов С . Ю . О возможности применения струйных насосов для откачки вязких жидкостей // Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики : Сб. науч .тр. Уфа : Уфимс. нефт . ин-т, 1986-С.39-41.

16. Городивский , Рошак , Донец . Промысловые испытания жидкостно -газового эжектора с различными диффузорами //Машины и нефтяное оборудование . -1980 .-№ 7.-С.22-27.

17. Джанахмедов А.Х., Мамедов В.Т., Джанахмедов Э.А., Гаджиева Л.С. Определения условия проявления эффекта самоуплотнения в пакерных устройствах // Трение и износ. -1998 -Т.19,- №5-с.623-627.

18. Дроздов А.Н. Обобщение характеристик жидкостно- газовых эжекторов,- Экспресс- информация, сер. Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений .- М.: ВНИИОЭНГ, 1991. №9,С Л 8-22.

19. Дроздов А.Н., Демьянова Л.А. Исследование работы струйного аппарата при различных длинах камеры смещения и эжектированииструей жидкости газожидкостной смеси. Нефтепромысловое дело, 1994, №6, С. 4-7.

20. Дроздов А.Н., Демьянова JI.A. Исследование процесса эжектирования струйного аппарата при истечении через сопло газожидкостной смеси,- Нефтепромысловое дело, 1994, №3-4, с. 12.

21. Демьянова JI.A. Влияние расстояния от рабочего сопла до камеры смешения на характеристики струйного аппарата при откачке газожидкостных смесей // Нефтепромысловое оборудование.-1998.-№9.-С84-85.

22. Донец К.Г. Гидроприводные струйные компрессорные установки -М.:Недра, 1990 .-174С.

23. Донец К,Г., Рощак И.И., Городивский A.B. Утилизация нефтяного газа с помощью насосано эжекторной установки в НГДУ Кинельнефть //Нефтяное хозяйство -, 1979. -№ 7. -С.42-44.

24. Донец К.Г., Рощак И.И., Городивский A.B. Определение основных параметров насосно -эжекторной установки для компримирования нефтяного газа //Нефтяное хозяйство ,- 1979.-№11. -С. 15-20.

25. Жангарин А . И . Водопульподъемные установки с гидроциклонной приемной комерой и гидроэлеваторным промывным устройством // Вестник АН Каз .ССР . 1970 . - № 6.-С.48-56.

26. Зайцев Ю.В., Балакиров Ю.А. Технология и техника эксплуатации нефтяных и газовыхскважйн. -М.: Недра, 1986.-302 С.:

27. Казак А . С. Глубинные струйные насосы для добычи нефти в США // Нефтяное хозяйство . 1986 .- № 4. - С.76-78.

28. Касимов А . Б. , Миронов С. Д . , Мищенко И. Т. Установки струйных насосов для подъема больших объемов воды из термальных скважин // Нефтепромысловое дело . 1984. - № 5 .-С.24-28.

29. Каннингэм Р.Г. Сжатие газа с помощью жидкоструйного насоса // Тр.амер. общ. инж. механиков , Серия Д. Теоретические основы инженерных расчетов , -1974.-№3 .-С.112-128.

30. ЗГКаннингэм Р.Г. , Допкин Р.Д. Длина участка разрушения струй и смешивающей горловины жидкасного насоса для перекачки газа // Тр. амер . общ. инж. -механиков , Серия Д. Теоретические основы инженерных расчетов-1974.-№3.-С. 128-141.

31. Каннингэм Р.Г., Хэнсен А.Г. На T.U .Кавитация в струйном насос // Тр. амер. общ. инж. механиков, Серия Д. Теоретические основы инженерных расчетов -1970.-№3,- С.79-91.

32. Кайниев Р . К . и др . Опыт эксплуатации погружных струйных насосов в системе ППД // Нефтяное хозяйство . 1976 . -№ 11 .-С.34-36.

33. Каменев П .Н. Гидроэлеваторы в строительстве . М.: Стройиздат , 1970.-172С.

34. Кифор Б .М. , Шумский Я . В., Гнаток A.M. Опыт применения струйных насосов при освоении скважин // Нефтяная и газовая промышленность . -Киев -1985 .- №2 .-С.38-39.

35. Кореннов Б.Е. Исследование водовоздушных эжекторов с удлиненной цилиндрической камерой смещения -Автореферат. Дис. канд. техн. наук-М.:, 1980. -23 С.

36. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки,- Ленинград: Машиностроение Д987.-277С.

37. Марьенко В.П., Стенд для испытаний струйных насосов // Экспресс информ. -1985,- №11.-С.42-44.

38. Марьенко В. П. , Рылов Б . М. Струйный насос для эксплуатации нефтяных скважин // Машины и нефтяное оборудование . 1983 . - №4,-С.42-48.

39. Марьенко В. П. Разработка способа эксплуатации добывающих скважин струйными насосными установками :Дис. Канд. техн. наук.-М:, 1986.-162С.41 .Миронов.С.Д. Возможности струйного насоса по откачке вязкой нефти ,-М:,1979.-120С.

40. Миронов С.Д. Исследования процесса подъема жидкости из нефтяных скважин струйными насосами. Дис. Канд. техн. наук. -М., 1980.186С.

41. Маминов О.В., Мутрисков А.Я., Губайдулин М,М,- Применение струйных аппаратов в системе нефтегазосбора .

42. Мищенко И.Т., Миронов С.Д. Определение необходимого давления перед соплом струйного насоса при работа его в скважине // Нефтепромысловое дело .- 1978,- №12.-С. 18-21.

43. Мищенко И.Т., Миронов С.Д. Влияние свободного газа на работу струйного насоса М: ,1980.-6С.

44. Мищенко И.Т. Теория и практика механизированной эксплуатации скважин с вязкими и многофазными флюидами: Дис. канд.техн. наук.-М:, 1984.162С.

45. Мищенко И.Т., Гумерский Х.Х., Марьенко В.П. Струйные насосы для добычи нефти / Под. ред. И .Т. Мищенко,- М. : Нефть и газ , 1996 .-150С.

46. Муравьев И.М., Репин Н.И. Исследование давления движения многокомпонентных смесей в скважинах ,-М .: Недра, 1972.-208С.

47. Промывка забойных грязевых пробок в поглощающих скважинах : Отчет о НИР / ЦНИПР ОНГДУ Ишимбайнефть : Руководитель Корпов Н. И. -1963.-43С.

48. Подвидз Л.Г. Кавитационные свойства струйных насосов // Вестник машиностроения 1978. -№3.-С. 17-20.

49. Подвидз Л.Г., Кирилловский Ю.Л. Расчет струйных насосов и установок : Тр. /ВИГМ, 1968. Вып. 38-С.44-97.

50. Помазкова З.С. Расчет струйных насосов к установкам для нефтяных скважин. -М: ДБТИ, 1961 .-66С.

51. Рылов Б.М. Скважинный штанговый насос со струйным подпорным гидроусилителем // Нефтяное хозяйство-, 1989.-№1 .-С. 51-54.

52. РДЗ9-2-1306-85. Инструкция по освоению скважин методом создания управляемых циклических депрессии на пласт с использованием струйных насосов .

53. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты- М.: Энергия , 1984.-380с.

54. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений . Добыча нефти / Под общ. ред. Ш.К. Гиматудинова.-М. Недра, 1983.-455С.

55. Струйные насосы для нефтяных скважин :Пер .изд. журналов США //Нефть , газ и нефтехимия.-1983.-№11,- С.27-30.

56. Струйные насосы для нефтяных скважин :Пер. изд. журналов США //Нефть , газ и нефтехимия.-1983.-№12.- С.42-44.

57. Струйные насосы для нефтяных скважин . Теория , скважинное оборудование и область применения // 1983 . №6,- С. 12-15.

58. Уразаков К.Р., Багаутдинов Н.Я., Атнабаев З.М., Алексеев Ю.В., Рагулин В.А. Особенности насосной добычи нефти на месторождения Западной Сибири М.: ВНИИОЭНГ. 1997,- 56с.

59. Хоминец З.Д., Шановский Я.В., Семкив Б.Н., Задков В.М. Разработка технологических процессов исследования скважин на базе струйных насосов // Нефтяное хозяйство -,1989,- №9.-С.229-32.

60. Хрейс М. X., Султанов Б.З., Вагапов С.Ю. К расчету пакеровки насосного аппарата при промывке скважины //Научно технические достижения и передовой опыт в нефтегазовой промышленности: Сборник научных трудов - Уфа 1999. - С. 112-115.

61. Цегельскии В.Г. Определение режимов работы жидкостно- газового эжектра // Известия ВУЗов. Сер. Машиностроение,- 1077,- №5,- С.60-65.

62. Цепляев Ю .А. О рациональной форме проточных каналов струйного насоса Сб. науч . тр. / ГосНИПИнефть .Добыча, сбор , транспорт иподготовка нефть на месторождениях Западной Сибири:.- Тюмень Гипротюменьнефтегаз ,1972.-Вып 34.-С.114-119.

63. Цепляев Ю .А. О совместной работе струйного насоса с ЭЦН в нефтяной скважине // Проблемы нефти и газа Тюмени .- 1973.-Вып.17.-С.61-62.

64. Цепляев Ю .А. Исследование подъема жидкости из скважин струйным насосом на нефтяных месторождениях Западной Сибири : Дис. Канд. Техн. Наук. Тюмень, 1974.-222С.

65. Цепляев Ю .А., Бачков А.И. Струйные насосы в проектировании добычи воды системы ППД Сб. Науч. тр. Нефть и газ Тюмени :- 1972. Вып . 13.-С.47-49.

66. Цепляев Ю .А. Вагнер М . А. Стендовые испытания струйных насосов Сб. науч. Тр .Проблемы нефти и газа Тюмени :.-1973.-Вып. 16.-С.50-52.

67. Цепляев Ю .А. , Грушевский Б.Я. Методика работы струйных насосов Сб. науч. тр . Проблемы нефти и газа Тюмени :.-1973. -Вып. 18,-С.49-51.

68. Цепляев Ю .А. Установки добычи нефти струйными насосами //Проектирование обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири : Тр. СибНИНП. Тюмень ,1979.- Вып . 47.-С.183-189.

69. Цепляев Ю .А., Захарченко Н.П., Каган Я.М. Применение струйных насосов для добычи нефти. // Нефтяное хозяйство, 1982,№9. -С.72-76.

70. Щищенко Р.И. Нефтепромысловые эксплуатационные машины и механизмы .- М . Гостоптехиедат , 1954.-230С.

71. Энциклопедия полимеров / Ред. коппегия : В.А. Каргин (глав, ред.) и др.- Т.1-М. : Советская энциклопедия , 1972. 1224с.

72. Яремийчук P.C., Качмеар Ю.Д. Вскрытие продуктивных горизонтов и освоение скважин,- Львов ; Вища школа. Изд-во при Львов. 1982 .-230С.

73. Яремийчук P.C. Повышение качества испытания пластов и освоения скважин // Нефтяная и газовая промышленность .-Киев, 1986 . №3 .-37С.

74. Яремийчук P.C. Создание депрессии на пласт с помощью струйных аппаратов //Нефтяное хозяйство . -1981-.№11.-С.24-25.

75. Яремийчук P.C. Оценка вскрытия пластов на различных этапах закачивания скважин // Нефтяное хозяйство. -1985.-№11 .-С.14-16.

76. Яремийчук Р.С.Вскрытие продуктивных горизонтов и освоение скважин .- Львов : ВиЩА школа , 1982.-С.110-136.

77. Яремийчук P.C., Качмар Ю.Д. Вскрытие продуктивных гаризонтов и освоение скважин. Львов. ВИЩА школа ,1982 .-102С.

78. Brown К.Е. Overview of artificial lift systems // Journal of Petroleum Technology.- 1982,- Vol. 34, N 10. -P. 2384-2391.

79. Jet Pump Provides High-Volume Production // Oil and Gas Journal ,1975.№ 28. 14 July -P.17-19.

80. Petrie H ,U., Wilson P.M., Smart E.E. Jet Pumping Oil Wells // World Oil, 1984,1983, November 1983, December January. P.21-26.

81. Tjondrodiptro В., Gaul RB., Gower G.H. Hydraulic jet pumping in a remote location // World Oil.- 1987,- Vol. 207, N 1. P. 80-83