Разработка технологии механизированной эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Монахов, Вячеслав Викторович

• Монахов, Вячеслав Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Монахов, Вячеслав Викторович

0 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Введение.

1 Анализ особенностей работы горизонтальных скважин при механизированной эксплутации и постановка задач исследований.

1.1 Анализ литературных источников посвященных определению производительности горизонтальных скважин.

1.2 Оценка моделей определения дебита горизонтальных скважин.

1.3 Анализ гидродинамических исследований горизонтальных скважин.

1.3.1 Определение «работающей» длины горизонтальных скважин по результатам наземных исследований.

1.3.2 Газодинамические исследования наклонногоризонтальных скважин.

1.3.3 Исследования горизонтальных скважин на установившихся и неустановившихся режимах фильтрации.

1.4 Анализ осложнений при механизированном способе добычи нефти в наклонно-направленных скважинах.

1.5 Основные задачи исследований.

2 Разработка методики расчёта профиля притока (приёмистости) и распределения давления по длине горизонтального ствола скважины.

2.1 Задача о притоке (оттоке) жидкости к бесконечной ft горизонтальной перфорированной трубе.

2.1.1 Аналитическое исследование движения жидкости в ф цилиндрической трубе с периферийным вводом.

2.1.2 Приближённый метод нахождения аналитической зависимости дебита от длины горизонтальной скважины.

2.1.3 Течение со слиянием потоков или разделением потока.

2.1.4 Экспериментальное нахождение предельной «работающей» длины горизонтальной перфорированной трубы.

2.1.5 Приближённое решение задачи о распределении расхода и давления в горизонтальной перфорированной трубе.

2.1.6 Анализ результатов проведённых экспериментов.

2.2 Нахождение зависимости производительности ГС от длины её горизонтального участка.

2.3 Выводы к главе 2.

3 Разработка технологии, учитывающей особенности эксплуатации горизонтальных скважин механизированным способом.

3.1 Совершенствование механизированной эксплуатации наклонно направленных скважин.

3.1.1 Оптимальный профиль ствола наклонно направленной скважины.

3.1.2 Перспективная техника и технология для эксплуатации наклонно направленных скважин.

3.2 Разработка установки для освоения, исследования и эксплуатации скважин струйными насосами на ф колонне сдвоенных труб.

3.3 Разработка технологической схемы мини-станции на

1-4 скважины, эксплуатируемые струйными насосами.

3.4 Анализ результатов внедрения установок беспакерных гидроструйных насосов с двухрядным лифтом.

3.5 Оптимизация технологии беспакерной компоновки гидроструйного насоса для эксплуатации горизонтальных скважин.

3.6 Разработка методики расчёта размещения гидроструйного насоса в горизонтальной скважине.

3.7 Выводы к главе 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии механизированной эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин»

Актуальность работы

Опыт внедрения горизонтального бурения показывает, что разработка месторождений с помощью горизонтальных скважин (ГС) позволяет решить целый комплекс задач, которые были не под силу разработчикам при эксплуатации месторождений вертикальными скважинами (ВС).

Возможные направления применения ГС, связанные с достоинствами горизонтального бурения, освещены во многих публикациях отечественных и зарубежных специалистов. Однако, среди них, в основном, решаются задачи, связанные с изменением дренажной системы коллекторов, повышением качества вскрытия продуктивной толщи, увеличением поверхности контакта скважины с породой, с вопросами расстановки фильтров. Главному же вопросу исследования влияния геометрических параметров ствола на продуктивность ГС в зависимости от геолого-физических характеристик пластов уделяется значительно меньше внимания. Существующие теоретические основы проектирования длины горизонтальной скважины во многом расходятся с реальными данными.

Так же необходимо отметить, что механизированная эксплуатация наклонно-горизонтальных скважин, с помощью скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) снижает межремонтный период (МРП) по сравнению с вертикальными скважинами.

На сегодняшний день исследования в области гидродинамики горизонтальных скважин остаются актуальными, поскольку известные методики расчёта непригодны для определения параметров горизонтальных скважин в неоднородных многослойных пластах, либо требуют значительного математического аппарата. При проектировании длины горизонтального участка в большинстве случаев опираются на гидродинамические исследования (ГДИ) уже пробуренных скважин на подобных месторождениях. Наряду с исследованиями гидродинамики ГС существует необходимость создания новой технологии механизированной эксплуатации ГС, учитывающей существующие осложнения и позволяющей увеличить МРП.

Анализ накопленного материала по гидродинамике ГС как теоретического, так и опытно-промышленного показал, что для выявления особенностей работы горизонтальных скважин и разработки нового способа механизированной эксплуатации ГС необходимо выполнить значительный объем теоретических работ, а также стендовых экспериментов.

Цель диссертационной работы

Целью настоящей диссертационной работы является выявление особенностей работы горизонтальных скважин при их механизированной эксплуатации, и создание технологии, исключающей существующие осложнения и позволяющей рационально использовать горизонтальный ствол скважины.

Основные задачи исследований

1. Разработка методики расчёта профиля притока (приёмистости) и распределения давления по длине наклонно-горизонтального участка скважины.

2. Разработка технологии, учитывающей особенности эксплуатации горизонтальных скважин механизированным способом, с расчётом оптимальной конструкции и размещения насосного оборудования.

Методы решения поставленных задач

Решение перечисленных задач выполнено автором следующим образом. При помощи специально разработанного лабораторного стенда была исследована гидродинамика горизонтальной перфорированной трубы. Были получены профили притока (приёмистости) и распределения давления, а также была создана математическая модель проведённых экспериментов.

Затем на базе полученных результатов была разработана математическая модель горизонтальной скважины, работающей в слоисто-неоднородном коллекторе.

Научная новизна работы

1. Получена формула для нахождения коэффициента местного гидравлического сопротивления при притоке (оттоке) дополнительных боковых струй в основной поток, характеризующая не потерю полного давления, а переход потенциальной энергии в кинетическую.

2. Разработана новая методика расчёта профиля притока (приёмистости) и распределения давления по длине нефтяной наклонно-горизонтальной скважины, позволяющая определить работающую длину горизонтального участка для слоисто-неоднородного пласта. Получено экспериментальное подтверждение разработанной методики.

Практическая значимость

1. Разработана технология эксплуатации нефтяных скважин, включающая:

- беспакерную компоновку гидроструйного насоса с двухрядным лифтом;

- мини-станцию для гидропривода струйных насосов, позволяющую, за счет использования центробежных сепараторов механических примесей и в качестве основных силовых агрегатов электроцентробежные насосы (ЭЦН) увеличить МРП и снизить затраты на обустройство месторождения.

На данную разработку получен патент РФ № 2238443 «Способ добычи нефти и насосно-эжекторная система для его осуществления».

2. Разработана комплексная технология, учитывающая особенности эксплуатации горизонтальных скважин механизированным способом, с расчётом оптимального размещения насосного оборудования, что позволяет увеличить дебит скважины и рационально использовать каждый метр горизонтального участка.

Апробация работы

Материалы исследований докладывались и обсуждались на 1-ой конференции молодых специалистов филиала «Кубаньбургаз» ДООО Буровая компания ОАО «Газпром» (2000 г.); 2-ой конференции молодых специалистов филиала «Кубаньбургаз» ДООО Буровая компания ОАО «Газпром» (2001 г.); 4-ой Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» Москва (2001 г.); 56-й Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и Газ -2002», Москва, (2002 г.); Научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников ВУЗов и научных организаций «Молодёжная наука - нефтегазовому комплексу», Москва, (2004 г.); Выставке «Архимед-2004» , Москва, (2004 г.); VI международном семинаре «Горизонтальные скважины», Москва, (2004 г.); 6-ой научно-технической конференции-выставке «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, (2005 г).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 статей, из них 6 в материалах научных конференций, получен патент РФ на изобретение № 2238443.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Объем диссертационной работы составляет 113 страниц, в том числе 48 рисунков и 9 таблиц. Библиографический список использованной литературы состоит из 72 наименований.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Монахов, Вячеслав Викторович

Основные выводы диссертационной работы сводятся к следующему:

1. В ходе экспериментально-теоретических исследований выявлены основные особенности работы наклонно-горизонтальных скважин: существует три режима работы горизонтальной скважины при изменении её длины и постоянстве начальной депрессии (репрессии): прямо пропорциональная зависимость (режим «насыщения») дебита скважины от длины; переходный режим, когда при увеличении длины ГС дебит скважины практически не увеличивается; нелинейно убывающая зависимость распределения элементарного расхода и давления по длине горизонтального участка, с максимально возможной длиной работающего участка при данной депрессии (репрессии).

ГДИ показали наличие предельной работающей длины горизонтальной скважины, превышение которой не увеличивает общую производительность скважины. Интервал горизонтального участка после этого значения просто не работает; при увеличении объёма закачки (отбора) жидкости (газа) в скважину увеличивается и работающий интервал горизонтального участка.

2. Проведен анализ применимости различных методов для расчета работающей длины горизонтального участка скважины.

3. Разработана технология эксплуатации нефтяных скважин включающая:

- беспакерную компоновку гидроструйного насоса с двухрядным лифтом;

- мини-станцию для гидропривода струйных насосов, позволяющую за счет использования центробежных сепараторов механических примесей и в качестве основных силовых агрегатов ЭЦН увеличить МРП и снизить затраты на обустройство месторождения.

На данную разработку получен патент РФ № 2238443 «Способ добычи нефти и насосно-эжекторная система для его осуществления».

4. Разработана комплексная технология, учитывающая особенности эксплуатации горизонтальных скважин механизированным способом, с расчётом оптимальной конструкции и размещения насосного оборудования, которая позволяет увеличить дебит скважины и рационально использовать каждый метр горизонтального участка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Монахов, Вячеслав Викторович, 2006 год

1. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Автоматический контроль и диагностика скважинных штанговых насосных установок. М.: Недра, 1988.

2. Андра П.Д. Более высокая производительность скважин при горизонтальном бурении, // Перевод с англ. Petr. Eng. Incarnation, v.56, N12, 1984. Фонды ВНИИЭГазпрома.

3. Арутюнян А.С., Горшкова С.И., Корпев Г.А., Монахов В.В. Исследование движения жидкости в горизонтальных скважинах./ Сб. научных трудов СКОИА. Краснодар - 2000 - выпуск 7.

4. Баишев Б.Т., Подлапкин В.И. Рациональные системы разработки нефтяных залежей при разбуривании их горизонтальными скважинами. Научно-исследовательская и конструкторская деятельность ВНИИ за 50 лет/Др. ин-та/ВНИИ. 1994.-Вып. 117.-С. 106-113.

5. Басарыгин Ю.М., Будников В.Ф., Булатов А.И. и др. Проведение ГДИ в скважинах с горизонтальным окончанием на Кущёвской и

6. Краснодарской СПХГ Сб. научных трудов., Гипотезы Поиск, Прогнозы. Вып. 20. Краснодар, 2004. - С. 36 - 45.

7. Басарыгин Ю.М., Будников В.Ф., Булатов А.И. и др. Особенности бурения горизонтальной скважины 12 Иссаковская в Калининградской области Сб. научных трудов., Гипотезы Поиск, Прогнозы. Вып. 8. Краснодар, 2000. - с. 7 - 46.

8. Берлин А.В., Миронычев В.Г. Результаты исследования керна из скважины №111 р Верх-Тарского месторождения (работы по договору №181 от 17.11.2000 г.)//Тр. ин-та/УдмуртНИПИнефть. -2001.-С. 30-33.

9. Борисов Ю.П., Пилатовский В.П., Табаков В.П. Разработка нефтяных месторождений горизонтальными и многозабойными скважинами. М.: «Недра», 1954. - 248с.

10. Бурение горизонтальных скважин. // Новости нефтяной техники N3, 1946.

11. Зайнулин А.И., Федюев В.И. Прогнозирование основных технико-экономических показателей эффективности строительства горизонтальной скважины в условиях разработки реальной залежи нефти//Нефтепромысловое дело. 1995. - №7.-С. 11-12.

12. Ибрагимов А.И., Некрасов А.А. «Математическое моделирование разработки газовых месторождений горизонтальными скважинами в трехмерной постановке».// Газовая промышленность, 1997, №6, -с.89 91.

13. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. «Машиностроение», 1975 г. 559 с.

14. Кабдешева Ж.Е. Разработка технологии эксплуатации скважин и обработки призабойной зоны струйными насосами. Дис. канд. тех. наук. М., 2003. 170 с.

15. Левин С.Р. Сопротивление тройников вытяжных воздуховодов. -«Отопление и вентиляция», 1940 г. №10-11, с 5-10.

16. Лозин Е.В., Шушарин В.П., Баширов И.Р. и др. Гидродинамические и термометрические исследования в горизонтальных скважинах//Нефтепромысловое дело. 2005. - №2.-С. 86-88.

17. Маслянцев Ю.В., Евченко B.C., Майер В.П. Исследование влияния расчлененности пластов на эффективность разработки месторождения горизонтальными скважинами. Тюмень: Тюм. кн. изд-во, 1998. -98с.

18. Меркулов В.П. «Экспериментальное исследование фильтрации к горизонтальной скважине конечной длины в пласте конечной мощности».// Изв. вузов: Нефть и газ, 1958, №3, с.24 - 29.

19. Меркулов В.П. О дебите наклонных и горизонтальных скважин, // Нефтяное хозяйство N6, 1958.

20. Меркулов В.П. Расчет притока жидкости к кусту скважин с горизонтальными забоями. // Труды Куйбышев НИИ, вьп. 2, 1960.

21. Меркулов В.П., Сургучев М.Л. Определение дебита и эффеетивности наклонных скважин. // Нефтяное хозяйство, №2, 1960.

22. Мешков В.М, Федоров В.Н., Шешуков А.И. Гидродинамические исследования горизонтальных скважин//Нефтепромысловое дело. -2002. №8.-С. 92-94.

23. Мешков В.М., Нестеренко М.Г., Ледяев Е.А. Анализ технологийисследования скважин с горизонтальными стволами// Нефтяное хозяйство. 2001. - № 9. - с. 93 - 94.

24. Монахов В.В. Распределение расхода жидкости по длине горизонтальной перфорированной трубы. Тезисы докладов «Нефть и Газ -2002» 56-я Межвузовская студенческая научная конференция, Москва, 2002 г. С. 67.

25. Монахов В.В. Приближённое решение задачи распределения расхода жидкости по длине трубы с проницаемыми стенками. Тезисы докладов Научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников ВУЗов и научных организацийft

26. Молодёжная наука нефтегазовому комплексу», Москва, 2004 г. -С. 16-17.

27. Монахов В.В., Дроздов А.Н. Определение оптимальной длины горизонтальной скважины. Тезисы докладов. VI международный семинар «Горизонтальные скважины», Москва, 2004 г. С. 85-86.

28. Михайлин А.С., Шнурман И.Г., Писклов С.С. Технология изучения разрезов горизонтальных скважин по данным ГИС на Кущёвском ПХГ Сб. научных трудов., Гипотезы Поиск, Прогнозы. Вып. 14. -Краснодар, 2002. С. 315 - 324.щ

29. Никитин Б.А., Григулецкий В.Г. «Стационарный приток нефти к одиночной горизонтальной скважине в анизотропном пласте».// Нефтяное хозяйство, 1992, №8, с. 10-12.

30. Патент РФ № 2202039. Способ освоения, исследования и эксплуатации скважин / Авт. изобрет. Дроздов А.Н., Кабдешева Ж.Е., Териков В.А., Якупов А.Ф. М. кл. В 01 D 19/00, заявл. 06.07.2001, опубл. 20.04.2003, Б.И. №11.

31. Патент РФ № 2118719 Насосная установка для освоения и эксплуатации скважин. / Авт. изобрет. Гильманов А.А., Павлов Г.А., Кучумов А.Ф. М, кл. F 04 F 5/54, заявл. 10.01.1996, опубл. 10.09.1998.W

32. Патент РФ № 2131023 Способ освоения, исследования скважин и интенсификации нефтегазовых притоков и устройство для его осуществления. / Авт. изобрет. Шлеин Г.А., Чернов Е.Ю., Семененко Г.Д. М, кл. Е 21 В 43/25, заявл. 17.02.98, опубл. 28.06.99.

33. Песляк Ю.А., Уразаков К.Р. Приближенный расчет гидродинамического сопротивления движению колонны штанг в наклонно направленных скважинах// Сб. науч. тр. ВНИИ "Эксплуатация скважин механизированным способом". -1985. -Вып. 93.

34. Песляк Ю.А., Уразаков К.Р. Расчет прижимающих сил муфт и штанг в наклонно направленной скважине// Тр. БашНИПИнефти. -1985.-Вып. 72.

35. Песляк Ю.А., Уразаков К.Р. Трение штанг в наклонно направленной скважине// Нефтяное хозяйство. 1990. - № 10.

36. Песляк Ю.А., Уразаков К.Р., Минликаев В.З. Экспериментальное исследование трения муфт и штанг о насосные трубы// Тр. БашНИПИнефти. -1985. Вып. 72.

37. Пилатовский В.П. Исследование некоторых задач фильтрации жидкости к горизонтальным скважинам, пластовым трещинам, дренирующим горизонтальный пласт. // Труды ВНИИ, вып, XXXII, М. Гостоптехиздат, 1960.

38. Погружные насосы и насосно-эжекторные системы новые возможности в нефтегазодобыче, нефтеотдаче и нефтегазосборе / Дроздов А.Н., Деньгаев А.В., Вербицкий B.C., Монахов В.В., Ламбин Д.Н. / Научно-технический вестник НК «ЮКОС», №10, 2004 г. - с. 3-9.W