МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШТАНГОВОЙ УСТАНОВКИ С УСТЬЕВЫМ ПНЕВМОКОМПЕНСАТОРОМ ПРИ ОТКАЧКЕ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Э. О. Тимашев

Аннотация


Поддержание рентабельности эксплуатации месторождений, вступающих в заключительную стадию разработки, в значительной степени определяется совершенствованием техники и технологий добычи нефти. В настоящее время в связи с ростом трудно-извлекаемых запасов актуальной задачей является разработка технических средств повышения эффективности добычи высоковязкой нефти, в частности при эксплуатации скважин штанговыми насосными установками. Одним из перспективных путей ее решения являются пневмокомпенсаторы (ПК) - устройства, позволяющие путем сглаживания колебаний давления и скорости потока в лифтовых трубах снизить нагрузки гидродинамического трения, действующие на плунжер и штанговую колонну. В работе на базе численного моделирования исследуются гидродинамические процессы в насосных трубах штанговых установок, оборудованных устьевым (расположен на поверхности и сообщается с выкидной линией) и глубинным (расположен в полости насосно-компрессорных труб (НКТ)) пневмокомпенсаторами. Разработана математическая модель нестационарного течения жидкости в насосных трубах и выкидной линии штанговой установки, оборудованной пневмокомпенсаторами. Проанализированы механизмы работы устьевого и глубинного ПК. Показано, что устьевой ПК позволяет значительно сгладить колебания скорости потока на устье скважины в течение цикла откачки, благодаря чему достигается снижение амплитуды колебаний давления на устье и в НКТ, следовательно, нагрузки на плунжер насоса и штанговую колонну при ходе плунжера вверх. При работе глубинного ПК его рабочая камера принимает жидкость при ходе плунжера вниз, что обеспечивает снижение скорости жидкости в насосных трубах и силы гидродинамического трения насосных штанг о жидкость. Построены теоретические динамограммы работы штанговой установки, оборудованной пневмокомпенсаторами. Показано, что благодаря сочетанию эффектов, характеризующих работу устьевого и глубинного ПК (снижение нагрузки на плунжер при ходе плунжера вверх для устьевого ПК, снижение силы гидродинамического трения штанг о жидкость при ходе плунжера вниз для глубинного ПК), размещение в насосных трубах и на устье скважины системы пневмокомпенсаторов позволяет обеспечить максимальную эффективность их работы: увеличить минимальную и уменьшить максимальную нагрузку на штанговую колонну и головку балансира, снизить напряжения в штангах.

Ключевые слова


штанговая насосная установка;пневмокомпенсатор;устьевой пневмокомпенсатор;давление;гидродинамическое трение;высоковязкая нефть;динамограмма;моделирование;rod pumping unit;pneumatic compensator;wellhead pneumatic compensator;pressure;hydrodynamic friction;high viscosity oil;dynamometer card;simulation;

Полный текст:

PDF

Литература


Гилаев Г.Г., Бахтизин Р.Н., Уразаков К.Р. Современные методы насосной добычи нефти. Уфа: Изд-во Восточная печать, 2016. 410 с.

Уразаков К.Р., Латыпов Б.М., Комков А.Г., Давлетшин Ф.Ф. Расчёт теоретической динамограммы дифференциального штангового насоса при добыче высоковязкой нефти // Оборудование и технологии нефтегазового комплекса. 2017. № 4. С. 41-47.

Уразаков К.Р., Вахитова Р.И., Сарачева Д.А. Методика расчета параметров струйного насоса при совместной эксплуатации с ЭЦН // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2011. № 3. С. 134-146. URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Topolnikov/ Topolnikov_1.pdf (дата обращения: 19.03.2020).

Пат. 2159867 РФ, МПК F 04 B 51/00. Установка для испытания скважинных штанговых и винтовых насосов / К.Р. Уразаков, Н.Х. Габдрахманов, М.Д. Валеев, М.М. Ахтямов, Т.С. Галиуллин, Ю.Х. Кутлуяров, И.А. Маков. 99105651/06, Заявлено 15.03.1999; Опубл. 27.11.2000. Бюл. 33.

Уразаков К.Р., Богомольный Е.И., Сейтпа гамбетов Ж.С., Газаров А.Г. Насосная добыча высоковязкой нефти из наклонных и обводненных скважин. М.: Недра, 2003. 303 с.

Зотов А.Н., Тимашев Э.О., Уразаков К.Р. Методы гашения колебаний давления на устье штанговых установок // Нефтегазовое дело. 2018. Т. 16. № 6. С. 56-64. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-6-56-64.

Уразаков К.Р., Тимашев Э.О., Тухватуллин Р.С. Устьевой пневмокомпенсатор штанговой скважинной насосной установки // Территория «Нефтегаз». 2017. № 12. С. 60-64.

Белозеров В.В., Рабаев Р.У., Уразаков К.Р., Жулаев В.П., Хабибуллин М.Я. Метод оптимизации давления газа в затрубном пространстве добывающей скважины // Нефтегазовое дело. 2019. Т. 17. № 5. С. 23-32. DOI: 10.17122/ngdelo-2019-5-23-32.

Brill J.P., Mukherjee H. Multiphase Flow in Wells. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 1999. 156 p.

Hasan A.R., Kabir C.S. Fluid Flow and Heat Transfer in Wellbores. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2002. 181 p.

Shoham O. Mechanistic Modeling of Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipes. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2006. 396 p.

Уразаков К.Р., Тимашев Э.О. Динамика скорости потока и давления в лифтовых трубах установок плунжерных насосов с погружным приводом // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Вып. 5 (121). С. 45-55. DOI: 10.17122/ntjoil-2019-5-45-55.

Бахтизин Р.Н., Уразаков К.Р., Исмагилов С.Ф., Топольников А.С., Давлетшин Ф.Ф. Динамическая модель штанговой насосной установки для скважин с направленным профилем ствола // Научные труды НИПИ Нефтегаз ГНКАР. 2017. № 4. С. 74-82. DOI: 10.5510/ OGP20170400333.

Бахтизин Р.Н., Уразаков К.Р., Тимашев Э.О., Белов А.Е. Новый метод количественной диагностики технологических параметров штанговых установок решением обратных задач методами многомерной оптимизации // Нефтяное хозяйство. 2019. № 7. С. 118-122. DOI: 10.24887/0028-2448-2019-7-118-122.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2020-3-121-128

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2020 Э. О. Тимашев

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

УФА, УГНТУ, 2020