Розробка та обґрунтування параметрів струминно-вихрового насоса для підвищення продуктивності нафтових свердловин Анастасіївського нафто газоконденсатного родовища

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО»

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня магістр

АНОТАЦІЯ

Дисертація на здобуття наукового ступеня магістра за спеціальністю «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» - Спеціалізація: «Електромеханічні та мехатронні системи енергоємних виробництв» - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім.Ігоря Сікорського". - Київ, 2018.

Збільшення об'ємів нафти і газу є головною задачею, яка стоїть перед представниками теплоенергетичної галузі як України, так і всього світу. В умовах відсутності нових родовищ нафти і газу, задовольняючих цим потребам, перед робітниками нафтогазодобувної промисловості в якості потенційних джерел нафти і газу на перший план встановлюють проблеми, пов'язані з підвищенням ефективності розробки існуючих. І тут головною задачею, яка потребує свого суттєвого рішення, стає проблема підвищення продуктивності свердловин.

В таких умовах використання нових технологій для інтенсифікації видобутку вуглеводневої сировини може стати одним із шляхів зміцнення енергетичної незалежності держави.

За допомогою розрахунків процесу дроселювання та розрахунків коефіцієнту інжекції, встановлено графіки залежності інжекції від площі поперечного перерізу

Ключові слова: струминний насос, інжекція, вихрова камера, , дроселювання потоку рідини, коефіцієнт інжекції.

ABSTRACT

Thesis for a Master's Degree in Electrical Power Engineering, Electrical Engineering and Electromechanics - Specialization: "Electromechanical and Mechatronic Systems of Power-intensive Industries" - National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Polytechnic Institute". - Kyiv, 2018.

Increasing oil and gas volumes is a major challenge faced by representatives of the heat and power industry both in Ukraine and in the rest of the world. In the absence of new oil and gas fields meeting these needs, the workers of the oil and gas industry, as potential sources of oil and gas, prioritize the problems associated with improving the efficiency of the existing ones. And here the main problem, which requires a significant solution, is the problem of increasing the productivity of wells.

In such conditions, the use of new technologies to intensify the extraction of hydrocarbon raw materials may become one of the ways to strengthen the energy independence of the state.

By calculating the throttling process and calculating the injection coefficient, the graphs of the injection dependence from the cross-sectional area

Key words: jet pump, injection, vortex chamber,, fluid flow throttling, injection rate.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

Дослідження структури та процесу функціонування струмино- вихрового насоса для інжекції технологічного середовища та процесів струминно-вихрової дії на технологічне середовище. За допомого аналізу та розрахунків встановити коефіцієнт інжекційного потоку щоб обґрунтувати параметри струминно-вихрового насоса нафтових свердловин Анастасіївського нафто газоконденсатного родовища для покращення дебіту нафти. Провести розрахунки, встановити графіки залежностей для визначення оптимально коефіцієнту інжекції.

Мета і задачі дослідження:

Метою даної роботи Розробити математичну модель інжекційної системи струминного апарату, що дає змогу розрахувати максимальний коефіцієнт інжекції та визначити раціональні параметри для покращення функціонування нафтової свердловини.

Об'єкт дослідження: - Процеси струминно-вихрової дії на технологічне середовище.

Предмет дослідження: - Структура та процеси функціонування струминно-вихрового насоса для інжекції технологічного середовища.

Методи дослідження - Для розв'язання поставлених задач були використані такі методи досліджень: аналіз, узагальнення й систематизація теоретичної інформації в області інтенсифікації продуктивності нафтової свердловини; методи математичного моделювання та статистичний аналіз для дослідження процесу дроселювання; аналітичний метод для аналізу процесу завихрення в камері інжекції.

Наукова ідея роботи полягає в застосуванні виразу визначення коефіцієнту інжекції при обґрунтуванні параметрів функціонування струминно-вихрового насоса.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Одержаних результатів - встановлені, на основі рівняння Бернуллі, критерії заміни моделі насосу вихрової дії

2. Посилення інжектованого потоку і дозволяє підвищити коефіцієнт інжекції.

3.Спрогнозовано коефіцієнт інжекції струминного вихрового насосу. Практичне значення одержаних результатів Матеріал досліджень дозволив встановити особливості процесу інжекції. В ході дослідження, за допомогою оболонки MatCath, розраховано параметри роботи установки роботи установки. інжекційний тиск дроселювання вуглеводневий

Особистий внесок здобувача у формулюванні мети та завдань, представленні методики аналітичних досліджень, методики планування експерименту, статистичного аналізу, апробації отриманих результатів, підготовці до друку зібраного матеріалу, аналізу літературних джерел, а також написанні та оформленні дисертації. Аналіз, узагальнення зібраних матеріалів та їх наукова інтерпретації здійснено особисто автором.

Апробація результатів дисертації - участь у кафедральній конференції, доповідь на тему: «Розробка та обґрунтування параметрів струминно-вихровогонасоса для підвищення продуктивності нафтових свердловин Анастасіївського нафто газоконденсатного родовища»

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, задачі, об'єкт і предмет досліджень, наукова ідея.

У першому розділі, на основі аналізу наукових публікації та монографій, проведено аналіз інформації періодичних видань монографій та опублікованої в Інтернеті, що дає змогу систематизувати існуючі теоретичні методи збільшення нафтовіддачі пласта, та зробити крок для пошуку нових ідей підвищення продуктивності свердловини.

Проаналізувавши наведену в розділі інформацію обрано ефективний спосіб дії на пласт, яка створюється за допомогою вихрової дії.

На основі наведеної інформації сформовано задачі для дослідження: розробка структури дослідження та встановлення оптимальних параметрів функціонування струминного вихрового насосу.

У другому розділі розроблена методика розрахунку і математична модель процесу дроселювання. В якості параметра оптимізації вибрано тиск дроселювання. Після проведення дослідів виконано статичну обробку результатів (визначено помилки повторних (паралельних) дослідів

Треті розділ присвячено дослідам коефіцієнту інжекції та процесу дроселювання.

Запишемо рівняння Бернуллі для перетинів :

та для перерізів “ робоче сопло - камера інжекції”

Де, V²/2g втрати напору.

формулою Борда, z₁ - коефіцієнт втрат на тертя при різкому звуженні трубопроводу, u₀ , u₁ - шви-дкість потоків рідини, с_i - густина інжектованої рідинивтрати напору між перетинами, ж - коефі-цієнт втрат при різкому розширенні трубопроводу. Приймемо гіпотезу, що тиск в камері інжекції може змінюватись від p_i = 0 до p_i = r gH . Для ідеального струминного апарату тиск в камері інже-кції p_i буде дорівнювати нулю для забезпечення найбільшого ефекту інжекції.

Враховуючи це, можна записати:

Отже р_і/р_іg=0 тошвидкість інжектованого потоку буде :

Якщо тиск інжекції прийме своє максимальне значення p_i = r gH , тоді рівняння Бернуллі матиме вигляд:

Звідки швидкість інжектованого потоку :

Ділянку між перерізами 2-2 та 3-3 можна вважа-ти лінійним дроселем довжиною l_c з незмінним діаметром d_c . Тоді перепад тиску в перерізі 2-2 можна визначити як:

Коефіцієнт інжекції визначається виразом:

Приймемо для розрахунків наступні значення конструктивних параметрів струминного апарату: діаметра робочого сопла d_c = 4 мм, діаметра камери змішування d₃ = 6 мм, діаметра камери інжекції

d_i =15мм, діаметра підвідного трубопроводу

d_тр = 22 мм. Витрата від поверхневого насосного

агрегатуQ_пн = 20 л/с, глибина свердловини

H = 2000 м,густинаробочогопотоку

r = 800 кг/м³, внутрішній діаметр НКТ D = 62 мм.

За наведеними залежностями був розрахова-ний максимальний коефіцієнт інжекції i =0.64 та отримана залежність .

і

Залежність коефіцієнта інжекції від діаметра робочого сопла.

Отримане значення коефіцієнту інжекції макси-мальне, оскільки розрахунок проводився для випад-ку, коли значення тиску в камері інжекції наближа-ється до нуля, що забезпечує найефективніший режим відкриття імпульсного зворотного клапану.

Як видно з наведеного графіку, раціональний ді-аметр робочого сопла складає 4 мм. При цьому значенні діаметра сопла коефіцієнт інжекції буде дорівнювати одиниці i = 1 , тобто Q_i = Q_р , що відповідає його максимальному значенню.

Розроблена математична модель та розраховані раціональні параметри інжекційної системи струминного апарату. Встановлені параме-три сопла, за яких досягається раціональне значен-ня інжекційного потоку. Визначені параметри до-зволять вторинно розкрити пласт на заданій депре-сії та інтенсифікувати приток нафти шляхом по-кращення фільтраційних якостей привибійної зони.

Рисунок 3 - Графічна залежність значення коефіцієнта інжекції від діаметра сопла (діаметр камери змішування сталий)

Рисунок 4 - Графічна залежність значення коефіцієнта інжекції від діаметра камери змішування (діаметр сопла сталий)

Тиск дроселювання, при змінному переміщенні елемента за умови забезпечення міцності, розраховується за формулою (1):

(1),

де Q = 0...0,0067 м3/с - зміна витрати робочої рідини, що надходить до пристрою коливань, м³/с; - густина робочої рідини, кг/м³; - коефіцієнт витрати, в.о.; - площа протікання робочої рідини, яка визначається як поверхня кола з діаметром тангенціального отвору d = 2 мм = 0,002 м; кількість отворів n=8.

Характеристика зміни надлишкового тиску при дроселюванні представлена на рисунку 1.

Рисунок 1 - Графік зміни надлишкового тиску від зміни швидкості робочої рідини при дроселюванні.

Дослідження коефіцієнту інжекції полягало знайти його залежність від діаметра сопла, еквівалентного діаметру тангенціального отвору, та від діаметра камери змішування, еквівалентного інжекційній камері. Отримано результати, наведені на рис 3 та 4.

1. Коефіцієнти стиснення і швидкості практично постійні, і їх середні значення рівні. Згідно цього значення коефіцієнта витрати:

(3.1)

2. Перепад тиску при проходженні робочої рідини через насадку струминного апарату.

(3.2)

Площа отвору, через який відбувається дроселювання робочої рідини:

(3.3)

Таким чином перепад тиску рівний:

(3.4)

Сила пружини при робочій деформації визначається рівнянням:

F=?p•S_d (3.5)

Площа, на яку впливає тиск дроселювання, що призводить до деформації пружини

(3.6)

Сила пружини при цьому:

Розрахунок всіх складових наведено у таблиці 3.1

Таблиця 3.1 - Складові процесу дроселювання.

Рисунок 3.16 - Графік залежності перепаду тиску від подачі

Размещено на Allbest.ru