Введение к работе
Актуальность работы. Поддержание нефтегазового потенциала России по мере истощения месторождений на суше будет осуществляться за счет разработки месторождений на шельфе. При разработке морских месторождений существенно повышаются требования к оперативному выбору эффективного режима работы газлифтной скважины, осуществляемому с помощью системы АСУ ТП. В то же время, до сих пор не создано алгоритмов и программного комплекса (ПК) для оперативного управления газлифтной скважиной ввиду сложности моделирования процесса движения газожидкостного потока (ГЖП) в скважине. Существующие модели, описывающие движение ГЖП, предназначены для решения задач проектирования и не позволяют в полной мере решить задачу оперативного управления скважиной вследствие того, что не учитывается изменение режима работы скважины во время эксплуатации, не учитывается влияние системы транспорта нефти и газораспределительной системы, и не учитываются особенности технологического оборудования скважины.
Таким образом, разработка модели расчета режима работы газлифтной скважины и ПК для оперативного управления газлифтной скважиной актуальны.
Цель работы: разработка модели и программного обеспечения, исследование алгоритмов расчета режима работы газлифтной скважины для оперативного управления её работой.
Для достижения цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:
-
Провести сравнительный анализ различных моделей, используемых при проектировании газлифтных скважин и существующих методик расчета движения ГЖП в вертикальных скважинах.
-
Определить требования к динамической математической модели газлифтной скважины.
-
Разработать динамическую математическую модель газлифтной скважины с периодическим и непрерывным газлифтом с учетом передвижения границ фаз, их образования, смены периода работы скважины и относительной скорости газа.
-
Разработать алгоритмы вычисления параметров модели и расчета режима работы газлифтной скважины с помощью полученной математической модели.
-
Разработать программный комплекс оперативного управления газлифтной скважиной:
-
учитывающий характеристики конкретной скважины и структуру газожидкостного потока;
-
позволяющий определять параметры движения ГЖП при различных методиках расчета движения газожидкостной смеси;
-
позволяющий выбирать и адаптировать существующие методики расчета промысловых газожидкостных подъемников к условиям эксплуатации конкретной скважины и разрабатывать новые;
-
позволяющий вычислять параметры режима работы газлифтной скважины;
-
позволяющий контролировать режим эксплуатации скважины в оперативном режиме.
-
-
Провести численные эксперименты с помощью разработанного программного комплекса и:
-
изучить влияние относительной скорости газа на дебит скважины и определить возможные режимы работы скважины;
-
проанализировать рассчитанные режимы работы скважины и выбрать реализуемые с технической и экономической точек зрения;
-
рассчитать режим работы газлифтной скважины, обеспечивающий минимум удельного расхода газа.
-
-
Разработать структуру системы оперативного управления газлифтной скважиной.
Научная новизна:
-
Разработана динамическая математическая модель полного цикла работы газлифтной скважины с периодическим и непрерывным газлифтом, позволяющая учитывать передвижение границ фаз, их образование, смену периодов работы скважины и относительную скорость газа. Определены начальные и граничные условия математической модели для границ выделенных объёмов и внешних границ.
-
Разработан алгоритм расчета режима работы газлифтной скважины с помощью предложенной математической модели.
-
Исследовано влияние относительной скорости газа на режим работы скважины.
-
Получены зависимости изменения расходных характеристик скважины от её параметров.
Методы исследований базируются на использовании фундаментальных положений гидродинамики, математического моделирования, численных методов решения систем дифференциальных уравнений в частных производных, математического программирования и информационных технологий.
Практическая значимость. Разработана модель и программный комплекс, позволяющие рассчитывать режим работы газлифтной скважины в процессе эксплуатации и определять параметры оперативного управления скважиной. Программный комплекс может быть использован в учебном процессе.
Программный комплекс имеет государственную регистрацию программы ЭВМ №2011612525 (Расчет режима работы газлифтной скважины).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих форумах:
Семинар кафедры АТП РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 24 марта 2011
Конференция, посвященная 50-летию кафедры «АТПП» Уфимского государственного нефтяного технического университета, Уфа, 21-22 октября, 2010
XI международная научно-практическая конференция «Повышение нефтеотдачи пластов и интенсификация добычи нефти и газа», Москва, 2007
Положения, выносимые на защиту:
-
Динамическая математическая модель полного цикла работы газлифтной скважины.
-
Учёт передвижения границ, образования фаз, смены периода работы газлифтной скважины и относительной скорости газа в разработанной математической модели.
-
Расчет режима работы газлифтной скважины с помощью разработанной математической модели.
-
Программный комплекс оперативного управления газлифтной скважиной.
Все положения, выносимые на защиту и практические рекомендации диссертационной работы получены лично автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах из перечня рецензируемых журналов ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, двух приложений и списка литературы. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 15 таблиц.
