ГЕОЛОГИЯ И НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ

СЕКЦИЯ «БУРЕНИЕ И РАЗРАБОТКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ДИНАМИКИ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ПРЯМОЛИНЕЙНО-ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ФИЛЬТРАЦИОННОГО ПОТОКА УПРУГОЙ ЖИДКОСТИ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ

Мамчистова Е.И., Павельева О.Н., Романов Е.В., Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень

На протяжении последних десятилетий одной из актуальных и важных проблем нефтяных месторождений Западной Сибири является поддержание и усовершенствование динамики дебита скважины. В настоящее время большинство месторождений, находящихся на третьей стадии разработки, нуждаются в проведении дополнительных геолого-технических мероприятий (ГТМ). Для этого необходимо регулярное отслеживание отбора нефти и нефтепродуктов из пласта.

Впроцессе разработки и эксплуатации скважин необходимо учитывать, что в пределах самой залежи понижение давления происходит быстро, а в законтурной области снижается медленно. Такой длительный процесс перераспределения пластового давления является характерной особенностью упругого режима. Область наиболее быстрого падения давления называют областью упругого возмущения. Пласт должен быть замкнутым и достаточно большим, чтобы его упругой энергии хватило для извлечения основных запасов нефти в начальной стадии разработки нефтяной залежи. Замкнуто-упругий режим движения флюида имеет место быть до тех пор, пока пластовое давление не снизилось до давления насыщения. Чтобы визуально представлять и совершать дальнейший прогноз качества отбора жидкости необходимо решать задачи динамики движения нефти.

Вданной работе мы рассмотрим несколько методов решения задач теории упругого режима. А именно метод последовательной смены стационарных состояний (ПССС) и метод А.М.Пирвердяна. Для этого составим алгоритм расчёта при помощи блок-схемы решения задач динамики неустановившегося прямолинейно-параллельного потока упругой жидкости различными способами.

Методика расчета перераспределения давления в скважине и расчёта количества поступаемой жидкости на забой скважины в прямолинейнопараллельном потоке, описанная в трудах К.С. Басниева [1, 2], была алгоритмизирована для последующего расчета на ЭВМ. Блок-схема алгоритма представлена на рис. 1.

11

12

По составленному алгоритму был разработан программный продукт, главное окно которого показано на рис. 2.

Рис. 2. Программа расчёта по методу ПССС и методу А.М.Пирвердяна

С помощью составленной вычислительной программы был проведен вычислительный эксперимент, который не противоречит практическим данным. Высокая степень сходимости тестируемых показателей позволяет на практике оперативно оценить перспективы и технологическую эффективность желаемого работы скважин.

Из построенных графических зависимостей (рис. 2) видно, что кривые восстановления давления (КВД) по методу ПССС представляют собой прямые линии до момента достижения Pг=const. Второй из графиков показывает максимальное значения дебита нефтяной эмульсии в начальный момент времени и последующее его снижение.

В итоге можно сказать, что при расчётах задач динамики неустановившегося прямолинейно-параллельного фильтрационного потока упругой жидкости удобно использовать программу, представленную в данной работе. Погрешность результатов составляет от 2 до 10%.

Список литературы

1.Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Каневская Р.Д., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. - М.: Недра, 2005. – 219с.

2.Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика.-

М.: Недра, 1993. – 416с.

3.Курбанов А.К. Основы технологических процессов. М., ГАНГ им.И.М. Губкина, 1991.

14

ТЕРМОДИНАМИКА СЛОЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНТАКТА КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД

Деева В.С., Катюк Д.Ю., Слободян С.М., Национальный исследовательский Томский политехнический университет,

г. Томск

В практике нефтедобычи часто используют полуэмпирические теории неравновесного потока, основанные на моделях, позволяющих строить замкнутую систему уравнений, пригодную для описания движения потока. Классические полуэмпирические теории Прандтля, Кармана, Тейлора, Пуазейля и других, неплохо описывают изобарический слой, а также ряд других относительно простых потоков. Классические теории не в полной мере проявления всех аспектов описывают: не автомодельные движения, движения с неравновесной структурой и динамикой потока, движения с воздействием объёмных сил и многие другие виды потоков, в том числе двухфазных, потоков с закруткой, с движением в слое, не говоря уже о электромагнитном воздействии на движение потока струй и слоя и многое другое.

К числу важных для практики, но не рассмотренных и неизученных процессов относится движение потока и воздушного слоя в контактном пространстве скольжения двух тел конденсированной природы. Динамика движения, случайность контактного взаимодействия поверхностей с влиянием скоростного напора пограничного к движущейся поверхности газового слоя относится к таким неисследованным, ввиду сложности динамики, процессам, весьма трудно доступным для наблюдения явлениям.

Газовый поток в контактном слое скольжения отличает наличие дисперсной примеси твёрдых фракций разрушения контактно взаимодействующих поверхностей тел скольжения. Такие потоки в аэро–, газо– и гидродинамике принято называть двухфазными. В дифференциальных уравнениях усредненного по параметрам движения газового потока с дисперсной примесью дискретных твёрдых фракций или жидко-капельных частиц часто считают такой слой двухфазного (газ + фракции) течения единой сплошной средой некоторой эквивалентной плотности, определяемой фи- зико-механическими свойствами основного потока и потока дисперсных частиц деструкции, переносимых с основным.

С учётом классического подхода будем считать, что средние скорости движения газового пограничного потока и, увлекаемых им, дисперсных фракций разрушения тел скольжения – одинаковы. Это означает, что в среднем динамика фракций и их траектории движения – идентичны, исключая, более «тонкое», флуктуационное поведение, обусловленное заметным влиянием на пульсационные, колебательные движения, разительно отличающихся по массе, элементарных, хотя и в среднем принятых близкими, образований газового потока и фракций упругого тела. Понятно, что частотные характеристики индивидуального стохастического поведения этих

15

составляющих кооперативно «сплошного» двухфазного потока будут различны, как и законы распределения параметров этих компонентов.

Анализ литературы подтверждает, что подход к исследованию динамики контактного слоя скольжения как двухфазной по составу консистенцией (воздух + фракции разрушения тел скольжения) и более плотной, чем газ, сплошной среды является обоснованным, более того, с учётом широты применения такой подход можно считать апробированным и классическим.

Поскольку коэффициент динамического сопротивления среды зависит [1–4] от режима скольжения слоя, то кратко рассмотрим основные особенности контактного слоя при классическом скольжении сред.

Согласно первого закона термодинамики сред (газов) имеем

количество тепла внутреннего теплообмена; dI – энтальпия (газа) слоя скольжения; Vdp – потенциальная работа слоя; p – давление слоя в кон-

тактном пространстве тел; V – объём слоя скольжения. Количество тепла внешнего теплообмена

где kто – коэффициент теплопередачи от слоя в окружающую слой среду; Lк – эквивалентный размер (периметр) контактного пространства слоя.

Энтальпия (газовой) среды контактного пространства слоя

где A* – работа, переданная телам внешней (к контактному пространству) системы; A ** – необратимая работа трения: A ** Q **.

Считаем, что закон распределения давления в малоразмерном контактном пространстве – линеен:

ства; p pн pк – разность давлений потока в сечениях набегающего рн и

сбегающего рк краёв тела скольжения с поверхности второго тела, то есть, в начале и конце контактного пространства.

Температурный режим слоя рассмотрим в общем случае произвольной ориентации контактного пространства dz z / l dx , где: z – перепад

уровней начала и конца контактного пространства или проекция контактного пространства на нормаль к горизонтальной плоскости (ортогональную ось). Тогда с учётом выше изложенного, уравнение (2) примет вид:

16

нения скорости слоя в контактном пространстве можно пренебречь. Интегрирование (6) даёт

где: Tн – температура слоя в сечении набегающего края тела скольжения; T0 – температура окружающей слой среды; 0 x l – координата текущего сечения слоя в контактном пространстве; коэффициент kc kтоLк / cp M ; М –

массовый расход среды слоя скольжения. Слагаемое Tн T0 e kc x отражает

закономерность влияния внешнего теплообмена на изменение температуры слоя скольжения. Слагаемое DT p / l 1 e kcx / kc – закономерность сни-

жения температуры в результате проявления положительного эффекта Джоуля–Томсона. Компонента gkccp z / l 1 e kcx – отражает зависимость

изменения термодинамики слоя скольжения при не горизонтальности траектории его движения.

В криволинейном контактном пространстве следует учесть нелинейность формы траектории слоя скольжения и вариации, иногда инверсного характера, факторов влияния. При симметричной форме криволинейного слоя относительно центра контактного пространства можно с некоторым приближением принять средний наклон хорды траектории слоя относительно горизонтали. Для горизонтального ( z 0 ) контактного пространства последнее слагаемое тождественно нулю.

Таким образом, температура слоя скольжения на выходе контактного пространства x l при произвольной ориентации траектории слоя опреде-

Анализ уравнения говорит о следующем. Контактное пространство с малым зазором между телами скольжения, является, в общем случае, динамическим с переменными параметрами, обуславливающим выделение и преобразование в тепло некоторой части транзитной, передаваемой через контактное пространство, нестационарной по величине энергии. Поэтому закономерность поведения термодинамики контактного пространства, слоя и тел скольжения может быть весьма неоднозначной.

Так при наличии вертикальной составляющей движения слоя скольжения, на которое затрачивается определённая работа, обусловленная влиянием сил гравитации, слой скольжения может дополнительно охлаждаться или нагреваться. Проявление отрицательного эффекта Джоуля– Томсона будет вносить вклад в нагрев слоя скольжения и изменение его упругих свойств и теплофизических характеристик. В обычных условиях движения слоя скольжения и окружающей его среды имеет место положительный эффект Джоуля–Томсона. При движении слоя скольжения вниз

17

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ПРИВОДА БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ НА ОСНОВЕ РЕГУЛЯРНОГО МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ

Бжитских А.П., Институт нефти и газа, г. Красноярск

Буровая лебедка – основной агрегат спуско-подъемного комплекса буровой установки. Предназначена для создания тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната при подъеме и спуске бурильных и обсадных труб, для удержания их на весу, передачи вращения ротору, вспомогательных работ при подтаскивании в буровую инструмента и оборудования, а также для подъема собранной вышки в вертикальное положение.

Вданной работе для исследования выбрана буровая лебедка У2-5-5 производства завода «Уралмаш», которая является основной лебедкой буровых установок 3Д (4Э) и БУ–4000 с условной глубиной бурения – 4000 м. Привод лебедки осуществляется посредством двухступенчатого цилиндрического редуктора от коробки скоростей [1].

Впроцессе работы лебедка воспринимает значительные по модулю, знакопеременные нагрузки. Нередко работа производится в труднодоступных районах с тяжелыми климатическими условиями. В этих условиях не исключается возможность воздействия на механизмы лебедки ударных нагрузок, значительных температурных перепадов, попадания в механизмы абразивных частиц и загрязнений.

Вышеперечисленные факторы значительно сокращают срок службы лебедки и приводят к преждевременному износу ее механизмов. В результате чего возникает необходимость проведения более частых ремонтов, что ведет к простою оборудования и значительным затратам на восстановление работоспособного состояния. Ремонт буровых лебедок из всех видов ремонта бурового оборудования является наиболее трудоемким.

Капитальный ремонт буровой лебедки У2-5-5 занимает 17 дней или 795 человеко-часов [2]. Большую часть времени ремонта занимают работы по разборке, демонтажу, восстановлению и последующей механической обработке зубчатой передачи приводного редуктора (около 600 человекочасов). Для увеличение ресурса работы зубчатой передачи с целью сокращения времени на проведение капитального ремонта в работе предлагается метод по уменьшению интенсивности изнашивания зубчатого зацепления.

Для оценки эффективности применяемых методов повышения износостойкости зубчатого зацепления был произведен расчет ресурса работы зубчатой передачи лебедки на основе безразмерной характеристики – интенсивности изнашивания [3]:

19

где [h1] – допустимая величина износа (толщина изношенного слоя) зубьев шестерни, мм; Ih1 – интенсивность изнашивания материала зубьев шестерни в данных условиях; ρпр1 – приведенный радиус кривизны в расчетной точке контакта зубьев шестерни, см; vSy1 – скорость скольжения в расчетной точке профиля зубьев шестерни, см/с; vFy1 – скорость перемещения общей точки по профилю зуба шестерни см/с; n1 – частота вращения шестерни, об/мин; i – число пар зацепления с шестерней; τ – время работы зубчатого зацепления между последующими капитальными ремонтами;

1 12 1 22

E1 E2

где η – упругая постоянная материалов; μ1, μ2 и E1, E2 – соответственно коэффициенты Пуассона и модули упругости материалов шестерни и колеса,

кгс/см2; Ht, – удельная расчетная сила, кгс/см:

где T1H – исходная расчетная нагрузка, крутящий момент, кгс·см; dw1 – начальный диаметр шестерни, см; αtw – угол зацепления; bw – рабочая ширина венца, см; β– основной угол наклона; KHα – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями (изменяется по мере изнашивания зубьев); KHβ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий (зависит от погрешностей изготовления и деформаций деталей узлов передачи в процессе работы, расположения опор, прирабатываемости); KHv – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку (зависит от точности зубчатой передачи, погрешностей зацепления и деформации зубьев).

Материал шестерни – сталь 35Л ГОСТ 977–88. Материал колеса – чугун СЧ25 ГОСТ 1412–85.

Полученное значение интенсивности изнашивания было применено для определения ресурса работы передачи в машино–часах [4]:

20