Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Тюменский Государственный Нефтегазовый Университет

Предмет:

Электроэнергетика и электроснабжение

Файл:

Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

Скачиваний:

Добавлен:

17.02.2016

Размер:

9.07 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 3738 / 4238 39 40 41 42 > Следующая >>>

Как следует из рисунка 4, наибольшие дебиты дает скважина, горизонтальный ствол которой, расположен в середине пласта. Дебит скважины уменьшается с удалением от середины, а расположение ствола вблизи границ пласта ведет к существенному снижению дебита.

Разработанное программное обеспечение позволяет моделировать работу перфорированной нефтяной скважины любого сложного профиля и рекомендуется к использованию.

Литература

1.Сохошко С.К., Клещенко И.И., Маслов В.Н., Паникаровский В.В. Профиль притока к пологой скважине. НТЖ «Нефтепромысловое дело».- М.: ВНИИОЭНГ. №11 2004г.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЙСОВЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Колесов В.И.

г. Тюмень, ФГБОУ «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: vikolesov@eandex.ru

Постановка задачи. В задачах исследования динамики бурения нефтяных и газовых скважин широко используется подход, основанный на фундаментальных представлениях теории механических систем с распределенными параметрами [1]. Приведенные в работе [1] результаты являются глубоким обобщением многочисленных экспериментальных данных, порожденных реальной практикой, и подвигают к использованию предложенного подхода для моделирования рейсовых динамических характеристик бурения скважин.

Решение задачи. Основным посылом к моделированию является установленный в работе [1] факт общности дифференциального уравнения (предложенного Р.А.Быдаловым) для широкого диапазона условий применения

		dV		V k ,		(1)
		dt		V k ,		(1)
		dt
где V - механическая скорость бурения, V( 0 ) V0 ;					и k - константы,	при-
чем 0 , а	kmin k kmax ;		kmin 0 ; kmax 0 .

Учитывая, что процесс бурения складывается из последовательности отдельных рейсов, представляет практический интерес исследовать динамику бурения скважины в пределах каждого из них. При рассмотрении одного рейса будем решать задачу с позиции теории подобия путем перехода

371

к безразмерным величинам: механической скорости бурения Vn VV0 ; проходки за рейс Hn H Hmax и времени бурения Tn ttmax . Задача при этом

сводится к установлению взаимосвязи между нормированными величинами Vn , Hn и Tn на основе решения дифференциального уравнения (1).

Рассмотрим вначале модель Vn ( Tn ) , используя уравнение (1). Его решение найдем, разделяя переменные и учитывая диапазоны изменения V и

t , соответственно Vmin V Vmax

(здесь Vmax V0 ) и

0 t tmax .

dt ;

V k

V k dV dt ,

(2)

1 k

1 ( 1 k ) t 1 B( k ) t

что при

k 1

дает

1 k

(здесь

1 k

( 1 k )

B( k )

или

1 B( k ) t

(3)

V 1 k

1 k

Множитель B( k ) найдем, задавая минимальное значение нормиро-

ванной механической скорости Vn

Vn min в конце рейса (т.е. при t tmax ), то-

1 k

1 Vn min

гда Vn min 1 B( k ) tmax

, т.е. B( k )

. Подстановка B( k ) в (3) дает

1 k

tmax

1 V 1 k

1 k

n min

1 ( 1 Vn1mink

) Tn 1 k .

(4)

tmax

Следуя [2],

примем Vn min 0.5 , тогда

1 0.51 k

1 k

( 1 0.51 k ) Tn 1 k .

tmax

Если же

k 1, то, в соответствии с (2),

ln V

, т.е.

Vn exp( t )

(5)

Используя (5), найдем величину , определяя Vn Vn min

при t tmax . Это дает

tmax ln(Vn min ). В итоге имеем

exp ln(V

) t t

max

exp ln(V

) T V Tn .

(6)

n min

При Vn min 0.5 получим

tmax ln( 0.5 ) ln( 2 ) , т.е. ln( 2 ) tmax , тогда

exp ln( 2 ) t t

max

exp ln( 2 ) T 0.5Tn .

Графики функции Vn ( Tn ) представлены на рисунке 1. Штриховой линией выделен результат, полученный В.С.Федоровым [2].

372

Рис. 1. График функции Vn ( Tn )

Рассмотрим далее модель Hn (Vn ) . Основой для установления такой взаимосвязи является дифференциального уравнения

dV	V k 1 ,	(7)
dH

которое формируется из (1) путем несложного преобразования

dVdt dHdV dHdt V k . Учтено далее, что dHdt V .

Решение уравнения (7), как и ранее, находим, разделяя переменные, в результате чего получим при k 2

	V	1
V		1 G( k ) H		.	(8)
			2 k
			2 k
n	V0
	V0

где G( k ) ( 2 k )V02 k .

			1
Значение G( k ) найдем при	H Hmax , когда Vn Vn min ,		Vn min 1 G( k ) Hmax		.
				2 k
	1 V 2 k
Отсюда следует, что G( k )	n min	. Подстановка G( k ) в (8) дает

	Hmax

				1
			1 V 2 k
			1 V 2 k		2 k				1
Vn	1		n min	H		1 ( 1 Vn2mink		) Hn 2 k .
Vn	1		Hmax	H		1 ( 1 Vn2mink		) Hn 2 k .
			Hmax

Задавая, в соответствии с [2], Vn min 0.5 , получим
						1
	Vn	1 ( 1 0.52 k				) Hn 2 k	.

Если же k 2 , то решение уравнения (7) имеет вид

ln VV0 ln( Vn ) H .

Множитель определяется из условия Vn Vn min , когда

(9)

(10)

(11)

H Hmax ,

ln( Vn min ) Hmax , что дает ln(Vn min )	Hmax . Подстановка в (11)
приводит к следующему итогу ln(Vn ) ln(Vn min ) H		Hmax ln(Vn min ) Hn или
373

V V H n

(12)

n min

Полагая V

0.5

, получим V

0.5H n .

n min

Соотношения (9) и (12) позволяют кроме того структурно идентифи-

цировать модель Hn (Vn ) как при k 2 , так и при k 2 :

если k 2

Hn(Vn ) ln(Vn ) ln(Vn min ),

(13)

иначе

H (V ) ( 1 V 2 k ) ( 1 V

2 k ).

(14)

n min

Графики функции Vn ( Hn ) при Vn min

0.5 приведены на рисунке 2.

Рассмотрим далее модель Hn ( Tn ). В соответствии с (4), при k 1

1 V 1 k

, при этом, если

k 2 , выполняется соотношение (9), что дает

1 V 1 k

n min

1 k

1 V 1 k

1 1 ( 1 Vn2mink ) Hn 2 k

, тогда

1 V 1 k

n min

2 k

1 1 Tn ( 1 Vn1mink

) 1 k

(15)

1 V 2 k

n min

Если же k 1, то, в соответствии с (6),

ln( Vn )

и, поскольку

ln( Vn min

)

k 2 ,

Рис. 2. Графики функции Vn ( Hn ) при Vn min 0.5

ln(V

)

ln{ 1 ( 1 Vn2mink

) Hn 2 k

}

используя (9), получим Tn

, т.е.

ln(Vn min

ln(Vn min )

)

1 V

( 2 k )Tn

n min

(16)

V 2 k

n min

График функции Hn ( Tn ) для ряда значений Vn min

приведен на рисунке 3.

374

Рис. 3. График функции Hn ( Tn )

При k 2 выполняется условие (13), тогда с учетом (4) получим
	ln( V	)	ln 1 ( 1 V 1 k	) T
Hn	ln( V	)	n min	n	.
Hn	n				.
	n
	ln( Vn min )		( 1 k ) ln( Vn min )

Как видим, Hn начинает принимать отрицательные значения, что лишено

физического смысла.

Подводя итог, следует отметить, что полученные результаты ориентированы, в том числе, и на формирование оценок эффективности процесса бурения. Существует традиционный ряд таких оценок [3], однако наиболее корректной является, на наш взгляд, рентабельность технологического процесса Re n , поскольку она учитывает, как доходный, так и затратный механизмы

Re n	D Z		D	1 ,	(17)

	Z		Z
где D - доход за рейс, руб.;		D Cud Hmax ;			Cud - удельный доход на 1 м
проходки, руб./м; Z - рейсовые затраты, Z Cbu					( tmax td ) Cd ,руб.; Cbu - стои-

мость эксплуатации буровой установки в течение 1 часа, руб./ч; Cd - стои-

мость долота, руб.. Раскрывая D и Z , запишем

Cud Hmax

Re n

1 .

( t

) C

Cbu

tmax td

Cd Hmax

max

Cud

Hmax

Cud

Обозначим

Cbu

;

tmax td

;

Cd Hmax

( H

) , тогда

max

Cud

Hmax

V p

Cud

Re n

1 ,

(18)

Vp ( Hmax )

где Vp - рейсовая скорость, Vp Hmax

( tmax td ) .

375

По своей сути Vp = это средняя механическая скорость на интервале буре-

ния с учетом дополнительных временных потерь. Еѐ можно представить в виде


Vp	Hmax	Hmax		Vb	,	(19)
Vp					,	(19)
	tmax td	tmax( 1 )	1

где td tmax ; Vb - средняя механическая скорость бурения без учета дополнительного времени, Vb V0 Vbn ; Vbn – средняя нормированная скорость

бурения, Vbn 1 1 Vn ( Tn )dTn .

Tn 0

Результаты расчета Vbn для ряда значений коэффициента k приведены на рисунке 4. Используя линейную аппроксимацию функции Vbn( k ) , соотношение (19) представим в виде


Vp		Vb		V0 Vbn	V0	( 0.7485 0.027 k)		.			(20)
Vp								.			(20)
1				1		1
Подстановка (20) в (18) дает
Re n						1				1 .	(21)

	( 1 ) V ( 0.7485 0.027 k) ( H						max		)
			0				max

Рис. 4. График зависимости Vbn от коэффициента k

Параметрическая идентификация модели (21) может вызвать трудности лишь при определении ( Hmax ), поскольку , можно предвычислить, а k

и V0 - идентифицировать по результатам бурения. Что же касается величины ( Hmax ), то приходится задавать еѐ в качестве аргумента.

На рисунке 5 дана гипотетическая оценка рентабельности процесса бурения скважины в пределах одного рейса.

376

Рис. 5. Оценка рентабельности бурения в пределах одного рейса

Учитывая, что рейс заканчивают по достижению заданной минимальной механической скорости бурения, представляет практический интерес еѐ связь с рентабельностью. Покажем это на примере модели с k 1.

Vn min 1

В соответствии с (6),

V ( T )dT

, т.е.

V n

n n n

n min

ln( V

)

n 0

n min

V0 (Vn min 1)

V V

, тогда

) ln( Vn min

( 1

)

Re n

1 .

( H

max

)

( 1 ) ln( V

) V (V

1) ( H

max

)

n min

0 n min

Результаты расчета представлены на рисунке 6.

Рис. 6. График зависимости Re n от (параметр - V n min )

Таким образом, получены базовые модели рейсовых динамических характеристик процесса бурения нефтяных и газовых скважин (см. 4, 6, 9, 12, 15 и 16). Выполнено их программное тестирование.

377

Литература

1.Юнин Е.К. Динамика бурения нефтяных и газовых скважин. / Е.К. Юнин: Учебное пособие. – Ухта: УГТУ, 2004. – с.90.

2.Федоров В.С. Научные основы режимов бурения. М.: Гостоптехиз-

дат,1951, 248 с.

3.Балаба В.И. Обеспечение результативности и эффективности бурения нефтяных и газовых скважин на основе системного подхода. Ав- тореф.дис...д-pa техн. наук.-М.,2010.-с.50.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ DWDM ПРИ ПОСТРОЕНИИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ НА БАЗЕ ВОЛС

Коновалов Р.А.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: rkonovalov@mail.ru

Нефтепроводный транспорт – один из самых качественных и надежных способов безопасной и быстрой транспортировки нефти из одного региона в другой для ее дальнейшей переработки. Для правильного функционирования нефтепровода, необходимо обеспечить удаленное управление его регулируемыми органами управления с помощью линейной телемеханики – линейными задвижками, центробежными насосами на нефтеперекачивающих станциях. С этой целью на участках нефтепроводов создаются пункты контроля и управления (ПКУ) линейными задвижками для контроля внутритрубного давления при течении нефти. На ПКУ устанавливаются программно-технические комплексы (ПТК), позволяющие организовать сеть линейной телемеханики и телеметрии для технических устройств.

Одним важных требований для таких контроллеров является возможность удаленного управления ими с целью воздействия на управляемые составляющие части нефтепровода с операторных нефтеперекачивающих станций (НПС, ЛПДС), расположенных на определенных участках нефтепровода для дальнейшей координации и перекачки нефти по трубе. Для этой цели необходимо создание производственно – технологической связи по всей линии протяженности трубы. Производственно – технологическая связь позволит не только организовать удаленное управление, но и осуществить контроль за технологическим состоянием как регулируемых органов нефтепровода, так и самих контроллеров телемеханики, а также технологического оборудования на нефтеперекачивающих станциях [1].

В настоящее время большинство компаний, занимающихся транспортировкой нефти и нефтепродуктов, создают для обслуживаемых

378

нефтепроводов и продуктопроводов технологическую сеть связи на основе волоконно-оптической линии связи с использованием оборудования син-

хронной цифровой иерархии SDH (Synchronous Digital Hierarch). Основ-

ными требованиями, выдвигаемыми транспортными компаниями, является возможность организации максимально возможного количества цифровых каналов с высокой скоростью передачи сигнала. Наиболее распространенными системами SDH, применяемых на технологических участках при создании высокоскоростной линии связи, являются системы передачи данных уровня STM-64. Используя такие системы, появляется возможность передачи одного магистрального потока по одному волокну оптического кабеля с максимальной скоростью до 2,5 Гбит/с. В настоящее время существуют синхронные системы уровня STM-256 с максимальной скоростью передаваемого магистрального потока до 40 Гбит/с.

Но, несмотря на организацию высокой скорости для магистральных потоков, данные системы имеют ряд существенных недостатков. Вопервых, с помощью SDH для передачи одного магистрального потока задействуется одно волокно оптического кабеля, причем организованный поток имеет транспортную функцию либо приема, либо передачи информации. Для организации дополнительного потока потребуется еще одно волокно. Для организации большого числа потоков потребуется многоволоконный оптический кабель, что вносит существенные затраты, не только на приобретение такого кабеля, но и на его обслуживание. Во-вторых, по причине задействования большого количества волокон невозможно будет организовать резервирование магистральных потоков по свободным волокнам в случае возникновения неисправностей с технологическим оборудованием.

Для устранения данных недостатков систем SDH были созданы новые волоконно-оптические технологии, в частности технологии спектрального (частотного) мультиплексирования (уплотнения) каналов, получив-

шие название WDM (Wavelength Division Multiplexing). Главным достоин-

ством таких систем является то, что из-за большого спектрального разноса полностью отсутствует влияние каналов друг на друга. Этот способ позволяет удвоить не только скорость передачи, но и число каналов по одному оптическому волокну[2].

Современные WDM-системы можно разделить на две основные группы [3]:

-грубые WDM (Coarse WDM - CWDM) – системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 18 каналов;

-плотные WDM (Dense WDM - DWDM) - системы с частотным разносом каналов 100 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать более 40 каналов.

379

Наибольшее распространение на высокоскоростных транспортных сетях в настоящее время получила транспортная технология DWDM, которая обеспечивает при передаче по одной оптической паре наибольшую (среди прочих используемых технологий передачи) скорость. Высокая скорость обеспечивается за счет применения технологии мультиплексирования по длине волны, когда по одной оптической паре передается несколько независимых потоков, каждый из которых находится в своем оптическом диапазоне. При этом предъявляются гораздо более жесткие требования к оптическим источникам излучения, чем в системах SDH, когда по оптическому кабелю передается только один сигнал на длине волны 1310 или 1550 нм. Чтобы соседние каналы не влияли друг на друга, ширина спектра излучения в системах DWDM должна быть значительно меньше ширины оптического канала, т.е. на уровне 0,2 – 0,3 нм.

У большинства ведущих производителей имеется DWDMоборудование, которое позволяет мультиплексировать в C-диапазоне (1530

– 1565 нм.) до 44 оптических каналов 100 ГГц или до 88 оптических каналов при его ширине 50 ГГц со скоростью до 100 Гбит/с. Расстояние между мультиплексорами DWDM с применением оптических усилителей может составлять более 2 тыс. км без использования регенерационного оборудования на технологических участках ВОЛС. При использовании регенераторов дальность передачи оптических сигналов практически не ограничивается.

Основные узлы оборудования DWDM показаны на рисунке 1

Рис. 1. Основные узлы DWDMоборудования

Можно выделить четыре основных узла оборудования DWDM: оптический терминальный мультиплексор (Optical Terminal Multiplexer - OTM), регенератор (Regenerator - REG), оптический усилитель (Optical Line Amplifier - OLA), оптический мультиплексор ввода/вывода (Optical Add Drop Multiplexer - OADM).

Основными узлами оптического терминального мультиплексора являются оптический мультиплексор (OM) и оптический демультиплексор (OD). В направлении передачи OM мультиплексирует сигналы с фиксированными длинами волн, сформированные на выходе транспондеров, в групповой сигнал, который и передается по оптическому кабелю. На при-

380

<<< < Предыдущая 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 3738 / 4238 39 40 41 42 > Следующая >>>