Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Динамика сложного теплового взаимодействия нефтяных и газовых скважин с многолетнемерзлыми породами

Диссертация: Динамика сложного теплового взаимодействия нефтяных и газовых скважин с многолетнемерзлыми породами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработана физико-математическая модель и метод расчета температуры нефти в скважине и температурного поля многолетнемерзлых пород околоскважинного пространства. На основе сравнения результатов расчетов с результатами существующих решений и с промысловыми измерениями установлена адекватность разработанного метода расчета. Сопряженный метод расчёта температур является более обоснованным… Читать ещё >

Динамика сложного теплового взаимодействия нефтяных и газовых скважин с многолетнемерзлыми породами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Обзор литературы
  • Глава 1. Приближенное аналитическое решение задачи теплообмена скважины с окружающей средой
    • 1. 1. Постановка задачи об определении температурного режима нефти действующей скважины и радиуса оттаивания вокруг нее
    • 1. 2. Расчет теплового взаимодействия потока нефти с немерзлыми породами
    • 1. 3. Расчет теплового взаимодействия потока нефти в скважине с многолетнемерзлыми породами
    • 1. 4. Анализ чувствительности модели к параметрам расчет

Актуальность темы

исследований.

Исследование явлений теплопереноса в системах с фазовыми переходами имеет важное теоретическое и прикладное значение. Постановка, решение задач по этой проблеме многообразны. Решение этих задач одинаково важны для строительной механики, механики горных пород, геологии, в промышленном бурении и эксплуатации скважин.

Оттаивание ММП в краткосрочной перспективе приводит к потере устойчивости горных пород в зоне оттаивания, охлаждение флюида по мере поднятия его к поверхности и как следствие к парафинизации, гидратообразованию ствола скважины. В долгосрочной перспективе оттаивание ММП ведет к смыканию зон оттаивания рядом расположенных скважин, нарушению герметичности заколонного пространства, обратному промерзанию с нарушением герметичности эксплуатационной колонны.

При решении этих проблем подавляющее количество решений сводятся к не сопряженным задачам.

Если в краткосрочной перспективе существующие решения описывают процессы теплообмена между скважиной и ММП с достаточной точностью, то в долгосрочной перспективе требуются решения более физически обоснованные, поэтому актуальной проблемой является создание и обоснование теплофизической модели взаимосвязанных температурных режимов продукции скважин и окружающих горных пород.

Цели и задачи работы.

Целью работы является создание физико-математической модели и метода расчета теплового взаимодействия скважины с многолетнемерзлыми породами.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка физико-математической модели и метода расчета температуры нефти в скважине и температурного поля многолетнемерзлых пород около скважинного пространства.

2. Получение приближенного аналитического решения задачи о тепловом взаимодействии скважины с многолетнемерзлыми горными породами.

3. Изучение тепловых полей многолетнемерзлых пород при взаимном влиянии двух скважин.

4. Разработка программного комплекса для решения задач теплового взаимодействия скважин с многолетнемерзлыми породами.

Научная новизна исследований заключается в следующем.

1. Сформулирована математическая постановка задачи динамики сложного теплового взаимодействия добывающих и нагнетательных скважин с многолетнемерзлыми породами.

2. Установлено интегро-дифференциальное граничное условие теплообмена скважины с горными породами, включая и многолетнемерзлые.

3. Разработан численный алгоритм решения задачи в предложенной математической постановке, позволяющий одновременно определять температурное поле вокруг скважин и температуру нефти.

4. Разработан приближенный аналитический метод расчета температуры нефти в скважине и зоны оттаивания вокруг нее.

Практическая ценность результатов работы.

Разработанный в диссертации метод расчета температурного поля в горных породах и температуры добываемого продукта, необходим для гидравлических расчетов систем нефтесбора, расчетов по оценке прочности скважинных конструкций, определения устойчивости горных пород в приствольной зоне скважин, процессов гидратои парафино-образования, кинетики этих процессов. Данный метод может быть так же использован для исследования процессов деградаций и образования мерзлоты.

Учет взаимного теплообмена скважины с многолетнемерзлыми породами позволяет получать более реальные оценки факторов, представляющих угрозу для нормальной работы скважины и кустового оборудования.

Созданные физико-математические модели и методы расчета реализованы в виде программного обеспечения в среде Delphi.

Достоверность результатов.

Достоверность полученных результатов основывается на использовании законов сохранения, на корректном применении численных методов. Достоверность результатов подтверждается количественным сопоставлением с известными аналитическими решениями, а также с данными опытно-промышленных экспериментов проведенных на скважинах Средне-Хулымского, Ярейюйского, Южно-Хулымского и Куюмбинского месторождений.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях:

1. Международная конференция «Криосфера нефтегазоносных провинций», Тюмень, 2004 г.

2. Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Москва, 2004 г.

3. Третья конференция геокриологов России, Москва, 2005 г.

4. Научно-практическая конференция ОАО «Гипр'отюменнефтегаз», Тюмень, 2003 г.

5. Научно-практическая конференция ОАО «Гипротюменнефтегаз», Тюмень, 2006 г.

6. Седьмая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», РГУ, Москва, 2007.

7. Научно-практическая конференция ОАО «Гипротюменнефтегаз», Тюмень, 2007 г.

8. Международная конференция «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения», Тюмень, 2008 г.

9. Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Уфа, 2008 г.

10. Международная конференция «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения», Тюмень, 2008.

11. Международная конференция «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Алушта, 2008 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 12 работах [43, 44, 45, 48,49, 54, 55, 62, 65, 66, 67 69].

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, 2 приложений и содержит 181 страницу текста, 45 рисунков, 2 таблицы, 6 схем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Разработана физико-математическая модель и метод расчета температуры нефти в скважине и температурного поля многолетнемерзлых пород околоскважинного пространства. На основе сравнения результатов расчетов с результатами существующих решений и с промысловыми измерениями установлена адекватность разработанного метода расчета. Сопряженный метод расчёта температур является более обоснованным с физической точки зрения по сравнению методами, не принимающими во внимание теплообмен в системе скважина — горные породы.

2. Получено интегро-дифференциальное условие теплообмена на границе скважины и горных пород, применимое для решения ряда таких практических задач, как теплообмен не только добывающей, но и нагнетательной, газовой скважин, скважин с переменным дебитом, с учетом конвекции в межтрубном пространстве, динамического уровня.

3. Разработан аналитический метод расчета температур в горных породах, включая и многолетнемерзлые, вблизи скважины с учетом изменения температуры нефти. Установлена приближенная аналитическая зависимость между температурой нефти и радиусом оттаивания.

4. Показано взаимодействие температурных полей двух скважин, и, как следствие, необходимость учёта температуры соседней скважины при расчёте радиуса оттаивания. Является перспективным решение трёхмерной задачи взаимодействия скважины с мерзлыми горными породами. Хотя, можно использовать это плоское решение в качестве квазитрёхмерного.

5. Выявлено влияние динамического уровня скважины на температуру добываемой нефти, с учетом температурного поля горных пород.

6. Созданные физико-математические модели и методы расчёта реализованы в виде программного обеспечения в среде Delphi, с помощью которого были проведены прогнозные расчёты устьевых температур и зон оттаивания вокруг скважин Средне-Хулымского, Ярейюйского, Южно-Хулымского и Куюмбинского месторождений.

Показать весь текст

Список литературы

  1. , Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карелоу, Д. Егер -М.: Наука, 1964. 488 с.
  2. , В. И. Физические процессы нефтегазового производства : в т. / В. И. Антипов, В. Б. Нагаев, А. Д. Седых. -М.: Недра, 1998.1. Т. 1.-367 с.
  3. , Н. Г. Математическое моделирование процессов, протекающих в нагнетательной скважине при закачке теплоносителя в пласт / Н. Г. Мукасаев // Нефть и Газ. Известия Вузов ТГНГУ. 2002. — № 4. — С. 12−16.
  4. , К. М. Расчет тепловых потерь при закачке насыщенного пара в скважину / К. М. Федоров, А. П. Шевелев //Нефть и Газ. Известия Вузов ТГНГУ. 2005. — № 4. — С. 37−43.
  5. , Ю. М. Теплопередача в скважинах / Ю. М. Проселков. -М.: Недра, 1975. 209 с.
  6. , В. А Машинный метод расчета давления и температуры на устье скважин при эксплуатации / В. А. Гаранин, В. П. Герасимов, В. Ф. Шохин // Проблемы нефти и газа Тюмени: научно-технический сборник. — Тюмень, 1974. Вып. 24. — С. 100−101.
  7. , А. Г. Неизотермическое движение парожидкостной смеси в трубе / А. Г. Кутушев, А. С. Русанов. // Нефть и газ.
  8. Известия высших учебных заведений ТГНГУ. 2008. — № 4. — С. 39−45.
  9. Goodman, М. A. A mechanical model for permafrost freezeback pressure behavior / M. A. Goodman, D.B. Wood // Soc. Petrol. Eng. J. 1975.-Vol. 15. -№ 4.- p. 287−301.
  10. , В.А. Двухфазная плоскорадиальная задача Стефана /
  11. B. А. Истомин, Н. Р. Колушев, Ю. Ф. Макогон // Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия скважины с многолетнемерзлыми породами: Сборник ВННИГАЗ М, 1979. — С. 59−71.
  12. Coach, Е. J. Permafrost thawing around producing oil wells / E. J. Coach, H. H. Keller, J. W. Watts // J. Canad. Petrol. Technol. -1970.-Vol.9.-№ 2.-p. 107−111.
  13. Некоторые особенности бурения и выбора конструкций скважин в районах вечной мерзлоты / В. В. Баулин, В. И. Белов, Н. И. Титков и др. // Тр. Гипротюменнефтегаза. 1969. -Вып. 18.1. C. 70−80.
  14. , Ф. Я. Температурный режим мерзлых пород за крепью шахтных стволов / Ф. Я. Новиков. — М.: Издательство АН СССР. 1959.- 98 с.
  15. , А. Оттаивание и дифференциальная осадка грунтов вокруг нефтяных скважин в вечной мерзлоте / А. Пальмер // 2-я Междунар. конференция по мерзлотоведению: доклад и сообщение. -Якутск, 1973. Вып. 7. — С. 161−170.
  16. , В. И. Тепловой режим подземного резервуара / В. И. Смирнов, А. Г. Поздняков // Газовая промышленность. 1999. -№ 9. — С. 44−45
  17. , А. М. К расчету условного радиуса теплового влияния скважины / А. М. Свалов, Ю. А. Поддубный // Нефтепромысловое дело. 2002. — № 9. — С. 25−28
  18. , А. Г. К изменению математической формулировки задачи о промерзании грунта / А. Г. Колесников. «Докл. АН СССР. Нов. серия». — 1952. — Т.82. — № 6. — с. 889 — 892.
  19. Cho, S. Н. Heat conduction problems with melting of freezing / S. H. Cho, I. E. Sunderland // J. of heat transfer. 1969. — p. 421 — 426.
  20. , H. С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах / Н. С. Иванов. М.:Наука. — 1969. — 240 С.
  21. , JI. В. Влияние миграции влаги на промерзание грунтов / В кн. Сезонное протаивание и промерзание грунтов на территории Северо-Востока СССР. М.:Наука. — 1966. — с.77 -84.
  22. , В.Г. Математическая постановка и алгоритм решения задачи о тепло- и массообмене во влажных тонкодисперсных грунтах при наличии фазовых превращений / В кн. Мерзлотные исследования. Вып. 9. М. -1969. — с. 19 — 90.
  23. , Н. А. Механика мерзлых грунтов / Н. А. Цытович. — М: Высшая школа. 1973. — 446 С.
  24. , М. М. Теплообмен и механикавзаимодействия трубопроводов и скважин с грунтами / М. М. Дубина, Б. А. Красовицкий. Новосибирск: Наука. — 1983. — 136 С.
  25. , Ю. М. Методика расчета радиуса протаивания многолетнемерзлых пород при эксплуатации скважин / Ю. М. Проселков, В. В. Дейкин, В. М. Гринько. Краснодар, 1973. — 54 с.
  26. , В. П. Сборник информации для нефтегазодобывающих предприятий Западной Сибири / В. П. Чернядьев, Г. М. Фельдман, В. В. Баулин. М.: ВНИИОЭНГ, 1969. — Вып. 2. — 47 с. — (Нефтегазовая геология и геофизика).
  27. , Э. А. О температурном режиме в стволе действующей скважины и при бурении скважин вмноголетнемерзлых породах / Э. А. Бондарев, В. JL Полянин // Физико-технические проблемы Севера. — Новосибирск: Наука, 1972.-С. 15−22.
  28. , Г. С. Конструкции газовых скважин в районах многолетнемерзлых пород / Г. С. Грязнов. М.: Недра, 1978. -137 с.
  29. , Б. В. Определение времени начала протаивания мерзлых пород в процессе эксплуатации скважин / Б. В. Дегтярев // Бурение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. М.: ВНИИГАЗ, 1977. — С. 89−95.
  30. , Б. А. Теплообмен скважин с тонкодисперсным мерзлым грунтом Б. А. Красовицкий, А. П. Шадрина // Инженерно-физический журнал. 1969. — Т. XVI. — № 5. — С. 872 877.
  31. , А. В. Исследование условий работы скважин с термической изоляцией в зоне вечной мерзлоты: дис. .канд. техн. наук / А. В. Полозков. М.: МИНХиГП, 1976. — 197 с.
  32. , А. О. продвижении границы изменения агрегатного состояния при охлаждении или нагревании тел /А. О. Чарный // Известия АН СССР. Отд. техн. наук. 1948. — Вып. 2. — С. 187 196
  33. , С. А. Численные исследования теплофизических процессов в сезонно-мерзлых грунтах / С. А. Кудрявцев // Криосфера земли. 2003. — Т. IIX. — № 4. — С. 102−104.
  34. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата: справочное руководство в 2-х томах / Под ред. Ю. П. Коротаева, Р. Д. Маргулова. М.: Недра, 1984
  35. Ramey, Н. J. Wellbore heat transmission / Н. J. Ramey // «J.Petrol.Technol». 1962. — № 4. — p. 427−435.
  36. , J. С. The effect of the drilling fluid on temperatures measured in bore holls /.J.C. Jaeger // «J. Geophys. Res.» 1961. — v.66. — № 2. — p.563−569.
  37. , M.A., Саламатин, A.H., Чугунов, B.A. Температурные процессы в действующих скважинах / М. А. Пудовкин, А. Н. Саламатин, В. А. Чугунов. Казань: Изд-воКазанского Университета. — 1977. — 168 с.
  38. В.А., Аузбаев Д. Г. Исследование движения газонефтяных смесей в фонтанирующих скважинах / В. А. Архангельский, Д. Г. Аузбаев и др. // Инженерный журнал. — 1962.1. Т. 2. Вып.1 С.55−68.
  39. , Э.А. Температурный режим нефтяных и газовых скважин / Э. А. Бондарев, Б. А. Красовицкий. Новосибирск: Наука, 1974. — 87 с.
  40. , В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова А. С. Сукомел .- М.:Энергия, 1975. 486 с.
  41. , JI. В. Техническая термодинамика и теплопередача / JI. В. Арнольд, Г. А. Михайловский, В. М. Селиверстов. М.: Высш. школа. — 1979. — 446 с.
  42. , Г. Ф. Методы теории теплообмена / Г. В. Мучник, И. Б. Рубашов. М.: Высшая школа. — 1970.
  43. Ч. 1: Теплопроводность. — 288 с.
  44. , Л. С. Руководство по нефтепромысловой механике / Л. С. Лейбензон. М.- Л.: ГНТИ. — 1931.1. Ч. 1: Гидравлика. 355 с.
  45. , Ю.С. Приближенное решение задачи о тепловом взаимодействии скважины с многолетнемерзлыми грунтами / Ю. С. Даниэлян, Д. В. Шевелева. // Нефтяное хозяйство. 2004. — № 3.С. 46−47.
  46. , Д. В. Приближенный тепловой расчет скважины и горных пород вокруг нее, включающих вечномерзлые грунты / Д.
  47. B. Шевелева // Сборник тезисов Десятой Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых: тезисы докладов: — Екатеринбург- Красноярск: изд-во АСФ России, 2004.-Т 2.-С. 931−932
  48. , И. А. О термическом режиме буровых скважин / И. А. Чарный // Газовая промышленность. 1966. — № 10. — С.7−13.
  49. , Э. Б. Термодинамика нефтяного пласта / Э. Б. Чекалюк. М.: Недра. — 1965. — 238 с.
  50. , Ю. С. Прогнозирование процессов промерзания и оттаивания мерзлых грунтов при проектировании обустройства месторождений / Ю. С. Даниэлян // Нефтяное хозяйство. — 2003. -№ 1.- С. 44−46.
  51. Инструкция по определению температурного режима вечномерзлых и сезонномерзлых грунтов и прогнозированию последствий изменения тепловых условий на поверхности: РД 39-Р-088−91. Введ. 01.05.91. -Тюмень: Гипротюменнефтегаз, 1991.-46 с.
  52. , С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров / С. Фарлоу. М.: Мир. — 1983. — 384 с.
  53. , Ю. С. Численное моделирование температуры нефти в скважине и зоны оттаивания окружающих многолетнемерзлых пород / Ю. С. Даниэлян, Д. В. Шевелева // Нефтяное хозяйство. -2008. № 2. — С. 78−82.
  54. , Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления: учебник для студентов вузов: в 3 т. / Г. М. Фихтенгольц. М.: Наука. — 1969.1. Т. 2. 800 с.
  55. , С. К. Разностные схемы / С. К. Годунов, В. С., Рябенький. М.: Наука, 1976. — 439 с.
  56. , Л. И. Основы численных методов / Л. И. Турчак. М.: Наука, 1987. — 318 с.
  57. , Е. А. Численные.методы / Е. А. Волков. М.: Наука. 1982. — 256 с.
  58. , С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкостей / С. Патанкар. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 152 с.
  59. , П. Вычислительная гидродинамика / П. Роуч. — М.: Мир, 1980.-616 с.
  60. , Д. В. Численное моделирование теплового взаимодействия скважины с вечномерзлыми горными породами / Д. В. Шевелева // Нефть и газ. Известия высших учебных заведений. 2007. — № 5. — С. 44−47.
  61. , А. В. Тепломассообмен: справочник / А. В. Лыков. -М.: Энергия, 1978. 462 с.
  62. , Б. Н. Теплопередача / Б. Н. Юдаев. М.: Высшая школа, 1973.-360 с.
  63. , Д. В. Моделирование падения температуры нефти при остановке скважины и промерзания талых пород около остановленной скважины / Д. В. Шевелева, Ю. С. Даниэлян // Вестник ТюмГУ. № 6. — 2008. — С. 27−33.
  64. , Д. В. Расчет температурного поля горных пород вокруг двух скважин, работающих с постоянной температурой / Д. В. Шевелева // Газовая промышленность. 2008. — № 5. — С. 5960.
  65. , А. И. Методы и техника измерений при промысловых исследованиях скважин / А. И. Петров. М.: Недра. — 1971. — 272 с.
  66. ГОСТ 7.1 2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. — Взамен ГОСТ 7.1 — 84- введ. 01.07.2004. — М.: Изд-во стандартов, 2004. -64 с.
  67. ПРИЛОЖЁНИЕ 1 Результаты расчётов по месторождениям
  68. Расчет расстояния от разбивочной оси (устьев скважин) до эстакады с учетом возможного оттаивания горных пород вокруг скважины на Средне-Хулымском месторождении
  69. Исходные данные для расчетов по Средне Хулымскому месторождениям
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!