Разработка методики определения оптимального диаметра устьевого штуцера

Abstract

Актуальность. Неэффективное управление системой добычи углеводородов приводит к возрастанию потерь пластовой энергии во всех элементах этой системы из-за образования песчаных и гидратных пробок, ограничения скоростей перекачиваемого потока и к другим осложнениям. Существующая система добычи требует очень точной настройки диаметра штуцера с применением средств автоматизации. На большинстве месторождений России скважины не оборудованы полноценными средствами телемеханики, что существенно ограничивает возможности их управления и контроля. Цель: разработка методики определения оптимального диаметра штуцера для автоматического управления потоком рабочего агента на основе теоретических исследований системы «пласт-скважина-штуцер». Методы: сравнительный анализ, системный подход, математическое моделирование. Результаты. Проводились исследования математической модели процесса многофазной фильтрации через штуцер и в результате были получены зависимости коэффициента истечения от диаметра штуцера, дебита жидкости, давления до штуцера и обводненности жидкости. Кроме того, были построены регулировочные кривые, описывающие влияние диаметра штуцера на дебит жидкости, давление до штуцера и обводненность жидкости. Установлено, что диаметр штуцера может выступать в качестве ключевого параметра, в наибольшей степени влияющего на возможность управления скважинной системой под контролем компьютерной программы. При этом коэффициент истечения может быть использован в работе компьютерной программы в качестве основной целевой функции, обеспечивающей выполнение условий вывода работы скважины на нормальный режим. Предложена методика управления скважинной системой, включающей математическую модель процесса многофазной фильтрации через штуцер и алгоритм работы программы управления, которая обеспечивает повышение оперативности и точности регулировки диаметра дросселирующего устройства в широком временном диапазоне работы скважины и связанных с этим изменений фильтрационных характеристик пласта и нарушений в скважинном оборудовании. Использование разрабатываемой системы управления скважиной позволит оптимизировать ее производительность за счет штуцирования в автоматическом режиме, самонастройки под износ и самоочистки штуцера от парафиновых и гидратных пробок, а также снижения вероятности перемерзания и выноса механических примесей. При работе предлагаемой системы управления скважиной дросселирование перекачиваемого флюида должно оптимизировать депрессию на пласт, повышать период фонтанирования и уменьшать негативное влияния газового фактора.

Relevance. Inefficient management of the production system leads to increased losses of reservoir energy in all elements of this system due to the formation of sand and hydrate plugs, limited rates of pumped flow and other complications. The existing production system requires very precise adjustment of the nozzle diameter using automation tools. In most fields of the Russian Federation, wells are not equipped with full-fledged telemechanics, which significantly limits the ability to manage and control them. The purpose of the research is to develop a method for determining the optimal diameter of the nozzle for automatic control of the flow of working agent based on theoretical studies of the «formation-well-nozzle» system. Methods: comparative analysis, system approach, mathematical modeling. Results. The mathematical model of the multiphase filtration through the nozzle was investigated and as a result, the dependence of the outflow coefficient on the diameter of the nozzle, the fluid flow rate, the pressure to the nozzle and the water content of the liquid was obtained. In addition, the authors have constructed adjustment curves describing the effect of the nozzle diameter on the fluid flow rate, pressure to the nozzle, and liquid watering. It was found that the diameter of the nozzle can act as a key parameter most affecting the ability to control the downhole system with a computer program. The expiration factor can be used in operation of the computer program as the main objective function, which ensures fulfillment of conditions of well operation setting to normal mode. The paper introduces the method of control of well system, which includes mathematical model of multiphase filtration through nozzle and algorithm of operation of control program, which provides for increase of speed and accuracy of adjustment of nozzle diameter during long-term operation of well taking into account the change of filtration pattern of flow in drained volume of formation and disturbances in well itself or equipment installed in it. Use of the developed well control system will allow optimizing its productivity due to automatic assembly, self-adjustment for wear and self-cleaning of the nozzle from paraffin and hydrate plugs, as well as reducing the probability of freezing and removal of mechanical impurities. During the operation of the developed well control system, the flow aggregation should ensure the maintenance of a constant optimal value of depression on the formation, an increase in the period of well runoff and a decrease in the negative effect of the gas factor.