ГЕОЛОГИЯ И НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ

Рис. 4. Динамика водо-нефтяного фактора скважин с начальной обводенностью 70 % и выше Пакамасовского месторождения

Анализ работы скважин, в которых проводились работы по ФОЖ на Пакамасовском подтверждает требования сформулированные В.Н. Щелкачёвым:

залежь нефти подвержена активному давлению пластовых вод;

скважины обладают достаточно высокими продуктивностями и динамическими уровнями;

разрабатываемый объект должен находиться на поздней стадии разработки и иметь высокую степень обводнённости;

с увеличением темпа отбора жидкости содержание нефти в продукции не уменьшается или же остаётся на прежнем уровне;

в скважинах не наблюдаются процессы пробкообразования;

нормальное техническое состояние скважин;

высокая проницаемость пласта;

наличие условий обеспечивающих применение высокопроизводительного скважинного оборудования.

При этом могут быть использованы погружные электронасосы, глубинные насосы большой производительности, компрессорныеподъёмники.

41

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВЫХ УСТАНОВОК

ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ В СИСТЕМЕ MATHCAD

Нестеров С.В., Нестеров А.В., Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар

Расчет оптимальных настроек систем автоматического регулирования угловой скорости электроприводов нефтегазопромысловых установок требует предварительного определения их динамических характеристик.

Динамические свойства электроприводов с двигателями постоянного тока независимого возбуждения при номинальном значении магнитного потока и отсутствии нагрузки обычно описывают следующей системой дифференциальных уравнений [1]:

c – коэффициент ЭДС электродвигателя при номинальном значении магнитного потока; – угловая скорость электропривода; Rя , Lя – сопротив-

ление и индуктивность якорной цепи электродвигателя соответственно; Iя , J – ток и момент инерции якоря электродвигателя соответственно.

Как известно, динамические свойства электропривода постоянного тока зависят от соотношения электромеханической Tм и электромагнитной

Tя постоянных времени, связанных с параметрами его силовой части сле-

дующими выражениями [1]:

Tм Rcя2J ;

Tя Lя . Rя

При выполнении условия

рассматриваемый электропривод обладает инерционными свойствами, поскольку переходные процессы в нем носят монотонный характер.

В производственных условиях электромагнитную и электромеханическую постоянные времени электропривода постоянного тока определяют в основном, используя различные эмпирические методы, отличающиеся технологией экспериментального получения, как правило, динамических характеристик электропривода в виде диаграмм изменения во времени его якорного тока или угловой скорости, а также алгоритмом математической обработки опытных данных [2-5].

42

В настоящей работе рассматривается методика расчета электромеханической Tм и электромагнитной Tя постоянных времени электропривода

постоянного тока, основанная на регрессионном анализе в системе компьютерной математики Mathcad [4, 5] кривой тока якоря электродвигателя iя (t) . Ее получают экспериментально, изменением полярности напряжения,

приложенного к якорной цепи двигателя при холостом ходе электропривода и некотором значении его угловой скорости 0 . В качестве уравнения

регрессии используется решение системы (1), найденное при выполнении условий (2), U (0) U , (0) 0 , Iя(0) 0 и описывающее изменение тока

якоря электродвигателя во времени Iя(t) при его реверсировании указанным способом,

где m Tм Tя .

Поскольку регрессионное уравнение (3) является нелинейным по параметрам и не допускает линеаризации, их расчет осуществляется в системе компьютерной математики Mathcad с помощью встроенной функции genfit, которая предназначена для определения параметров нелинейных по параметрам регрессионных моделей [4-6].

В данном случае функция genfit(t, I, B, F ) используется для расчета значений коэффициента m и электромагнитной постоянной времени Tя электропривода (сопротивление якорной цепи электродвигателя Rя предполагается известным):

D genfit(t, I, B, F ) ,

D m .

Tя

В функции genfit(t, I, B, F ) экспериментальная кривая тока якоря iя(t) представленакоординатамиn своихточек (ti , iяi ) ввекторахt иI соответственно:

Вектор B функции genfit(t, I, B, F ) содержит начальные значения (приближения) коэффициента m и электромагнитной постоянной времени Tя

BT m0 Tя0 ,

необходимые для итерационного решения системы нелинейных уравнений регрессии. Эта система уравнений содержит выражение кривой тока якоря электродвигателя (3) и аналитические выражения его частных производных по параметрам m и Tя . Названные выражения являются символь-

ными элементами вектора F(t, m, Tя ) функции genfit(t, I, B, F ) :

43

Рассчитанные таким образом значения коэффициента m и электромагнитной постоянной времени Tя электропривода обеспечивают мини-

мальную среднеквадратичную погрешность описания выражением (3) кривой тока якоря iя(t) его двигателя, полученной экспериментально при ре-

версировании. Значение электромеханической постоянной времени Tм электропривода определяется по формуле Tм mTя .

Список литературы

1.Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 560 с.

2.Добробаба Ю.П., Нестеров А.В., Нестеров С.В. Электропривод роторного зернистого фильтра и сирены. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. – 48 с.

3.Нестеров А.В., Нестеров С.В., Михайлов А.В. Определение постоянной времени механической части электропривода // Современное машиностроение. Наука и образование: Матер. 3-й Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. М.М. Радкевича и А.Н. Евграфова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – С. 797-803.

4.Нестеров С.В., Нестеров А.В. Оценка колебательных свойств электродвигателя постоянного тока по его экспериментальной кривой тока якоря при динамическом торможении \\ Актуальные направления научных исследований XXI века: Теория

ипрактика: Сб. научн. тр. по матер. междунар. заочной науч.-практ. конф. – Воронеж:

ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», 2013. – № 3 (3). – С. 143-146.

5.Нестеров С.В., Нестеров А.В. Расчет параметров механической части электроприводов насосных агрегатов нефтеперекачивающих станций по экспериментальным данным \\ Нефть и газ Западной Сибири : матер. междунар. науч.-технич.

конф.. Т. 1. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. – С. 9-11.

6.МакаровЕ.Г. ИнженерныерасчетывMathcad 14. – СПб.: Питер, 2007.– 592 с.

КВОПРОСУ КРЕПЛЕНИЯ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН

Аксенова Н.А., Рожкова О.В., Федоровская В.А., Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень

Качественное разобщение пластов и создание прочного, долговечного канала связи пласт-устье является одной из основных и актуальных проблем при строительстве скважин. Особенно остро эта проблема стоит в

44

отношении месторождений Севера Тюменской области, где активно ведется бурение глубоких скважин, в геологическом разрезе которых с глубиной значительно увеличиваются температура и давление. Цементный камень в условиях высоких температур со временем теряет свои прочностные характеристики, увеличивается его проницаемость, возникают межпластовые перетоки, межколонные давления, образуются техногенные залежи. Поэтому основное требование, предъявляемое к тампонажным материалам – термодинамическая устойчивость цементного камня.

Для высокотемпературных скважин в большинство тампонажных цементов добавляют металлургические шлаки, поскольку они имеют высокую гидравлическую активность, которая повышается с ростом температуры и, кроме того, их химический состав представлен такими же оксидами, содержащимися в портландцементном клинкере, а соответственно они принимают участие в кристаллообразовании при твердении цементного раствора.

В цементной промышленности применяются следующие шлаки: феррохромовый шлак, используемый в качестве отвердителя для жидких самотвердеющих смесей и позволяющий получать цветной портландцементный клинкер; шлаки цветной металлургии - никелевый и медный, применяемые в качестве железистого компонента сырьевой цементной смеси и активной минеральной добавки; шлаки алюмотермического производства ферробора, ферротитана, хрома служащие сырьем при производстве глиноземистого цемента и быстротвердеющего портландцемента; сталерафинировочные шлаки, пригодные для получения расширяющихся цементов; доменный шлак, применяемый в качестве сырьевого компонента и как активная минеральная добавка.

Применение шлаков технико-экономически оправданно, поскольку они имеют невысокую себестоимость которая на 10-15 % ниже стоимости портландцемента. Химический состав металлургических шлаков представлен в табл. 1 [1].

Из приведенных в табл. 1 данных видно, что наибольшее количество кремнезема содержится в доменном шлаке. Доменные шлаки являются отходом металлургического производства при выплавке чугуна из железной руды в доменной печи.

Нарушение структуры цементного камня при воздействии высоких температур и давлений происходит в результате реакций перекристаллизации – перехода высокоосновных кристаллогидратов в низкоосновные, что приводит, к изменению формы и размера кристалла, а это в свою очередь ведет к изменению внутреннего напряжения и снижению прочности камня. Поэтому в плане обеспечения долговечной работы крепи в скважинах с высокими температурами наиболее актуально использование тампонажных материалов, минералогический состав которых обеспечивает формирование низкоосновных кристаллогидратов (СаО/SiО2<1) [2].

45

Известно, что для снижения основности (СаО/SiО2) продуктов гидратации портландцементного клинкера в него вводят кремнеземсодержащие добавки: трепел, опока, диатомит, кварцевый песок и т.д. Повышение температуры твердения усиливает гидратацию малоактивных фаз, повышает растворимость кремнезема и при этом реализуется возможность протекания химических реакций между кальцием и кремнесодержащими ком-

Таким образом, из высокоосновных продуктов гидратации трехкальциевого силиката образовалось четыре одноосновных силиката кальция. Таким образом, наиболее перспективными в плане долговечности крепи скважины в условиях высоких температур являются шлаки с высоким содеражанием оксида кремния (кремнезема).

Доменный шлак - это неметаллический продукт, состоящий из силикатов и алюминатов кальция. Он получается вместе со сталью (чугуном) в доменной печи в виде расплава и затем охлаждается. При быстром охлаж-

46

дении водой, паром или воздухом образуется гранулированный шлак, при медленном — комовый. Высокую гидравлическую активность доменный шлак приобретает при очень быстром охлаждении или грануляции водой. Медленно охлаждаемый шлак успевает до некоторой степени закристаллизоваться, и его гидравлические свойства снижаются [3].

Основные составляющие доменного шлака - кварц, оксиды алюминия, кальция и магния, на которые приходится 95 % всего состава шлака. Остальные 15 % - марганец, соединения железа и серы и следовое количество других элементов. Фазовый состав шлаков представлен различным соотношением двух фаз: кристаллической (мелилиты, двухкальциевый силикат, волластонит, монтичеллит, форстерит, шпинель) и стекловидной (кальциево –магниево -алюмосиликатное стекло переменного состава).

Двухкальциевый силикат Ca2SiO4 (C2S) или 2CaO·SiO2 (белит) - имеет меньшую гидравлическую активность, по сравнению с трехкальциевым силикатом портландцементного клинкера (алитом) и обеспечивает рост прочности цементного камня на более поздних стадиях твердения. Гидравлическая активность белита зависит от строения кристаллов. Цементы, в которых белит представлен округлыми плотными кристаллами с зазубрен-

ными краями со средним размером 20 50 мкм формируют камень с повышенной прочностью. Расщепление кристаллов способствует повышению гидравлической активности белита.

В результате гидратации белита в присутствии кремнезема основность продуктов гидратации понижается из-за связывания Са(ОН)2 и понижения щелочности среды. Такой процесс гидратации обуславливает медленное схватывание раствора при высоких температурах, что позволяет применять его без замедлителей при температурах до 180 – 200 0С.

Условная характеристика шлаков – модули основности (Мо) и активности (Ма).

Мо = %СаО %МgO

%SiO2 %Al2 O3

Ма = %Al O %SiO

При Мо ≥ 1 шлаки называются основными, а при Мо ≤ 1 – кислыми. Чем выше модуль активности, тем выше гидравлические свойства и прочность камня. Расчетные значения модулей активности и основности шлаков на основании данных в табл. 1 представлены в табл. 2.

Однако по значениям модулей основности и активности доменных шлаков нельзя с точностью характеризовать тампонажные растворы и цементный камень, так как кроме химического состава важное значение имеет режим грануляции, условия производства и хранения шлака и т.д.

Процесс твердения шлаков связан с образованием тех же продуктов гидратации, что и у портландцемента, однако из-за низкой основности – гидроксид кальция в свободном виде практически не образуется, присут-

47

ствуют низкоосновные гидросиликаты кальция, гидрогранаты, а так же гидрат геленита (2СаО·Al2O3·SiO2·2H2O). Для ускорения гидратации и твердения цементов на шлаковой основе применяют химическую активацию путем введения щелочей и сульфатов, обычно в виде оксида или гидроксида кальция и гипса.

Таблица 2

Значения модулей активности и основности различных шлаков

Для активации твердения шлаков также используют добавку портландцемента, поставляющего Са(ОН)2 при гидратации алита. В табл. 3 представлены данные об изменении сроков схватывания шлаковых растворов с различным содержанием портландцемента. Шлаковый раствор при температуре 22 0С весьма медленно схватывается. Добавление 10 % портландцемента приводит к резкому сокращению сроков схватывания раствора, причем основную роль при этом играет портландцемент. Дальнейшее увеличение его количества в растворе способствует незначительному последовательному ускорению процессов схватывания [2].

Таблица 3

Изменение сроков схватывания шлакопортландцемента при температуре 22 0С

48

Наиболее активный катализатор твердения шлаков – температура. При температурах выше 120 0С, даже малоактивные минералы, способны к гидратации и твердению, поэтому основное применение шлаковые цементы находят при цементировании высокотемпературных скважин.

Таким образом, проведенный анализ используемых шлаков и теоретическое обоснование возможности получения устойчивого к действию высоких температур тампонажных материалов показывает, что наиболее оптимальным является использование доменных гранулированных шлаков.

Список литературы

1.Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 368 с.

2.Овчинников В.П., Аксенова Н.А., Овчинников П.В. Физико-химические процессы твердения, работа в скважине и коррозия цементного камня: Учеб. пособие для вузов. –Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2007. - 370 с.

3.Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные жидкости и тампонажные растворы: Учеб. пособие для вузов. – М.: ОАО «Издательст-

во «Недра», 1999. - 424 с.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАВОДНЕНИ НА ОБЪЕКТЕ АЧИМОВСКАЯ ТОЛЩА ПОТОЧНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Стародубцев О.В., Соколов И.С., Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть», г. Тюмень

Поточное месторождение расположено на территории Нижневартовского района Ханты-Мансийского автономного округа-Югры Тюменской области. Промышленную разработку осуществляет ТПП "Лангепаснефтегаз". Месторождение открыто в 1974 г., введено в разработку в 1978 г.

Этаж нефтеносности представлен терригенными пластами от алымской свиты нижнемеловых отложений до васюганской свиты верхнеюрских отложений. Отложения ачимовской толщи являются одним из наиболее сложно построенных нефтегазосодержащих объектов в разрезе неокома. Коллекторами являются мелкозернистые песчаники и крупнозернистые алевролиты. На Поточном месторождении нефтеносность ачимовской толщи выявлена в четырех пластах: Ач1, Ач21, Ач22 и Ач3. В пластах выделено от 5 до 10 залежей сложного строения, контролируемых, кроме структурного и литологического факторов, распространением аномального разреза баженовской свиты.

По классификации в работе [1] запасы объекта Ач. толща относятся к категории трудноизвлекаемых по критериям низкой проницаемости кол-

49

лектора и неоднородности геологического строения; длительное время не разрабатывались из-за низкой эффективности скважин.

1.Этапы разработки

Разработка объекта ведется с 1981 г. и проходила в несколько этапов.

1этап. 1981-2002 гг. – первая добывающая скважина на объекте введена в 1981 году. В 1981-1987 гг. бурение велось низкими темпами, после 1987 г. – приостановлено. Были введены 34 скважины, средний входной дебит нефти составил 1,2 т/сут. После непродолжительной эксплуатации скважины останавливались из-за отсутствия притока.

2этап. 2003-2008 гг. – активный ввод объекта в разработку с применением ГРП. Разбуривание боковыми стволами без соблюдения проектного расстояния между скважинами. В 2004-2006 гг. начато поддержание

пластового давления. Освоены и запущены в эксплуатацию 5 нагнетательных скважин со средней приемистостью 70 м3/сут. Анализ работы переведенных в ППД скважин показал отсутствие влияния закачки. Формирование системы ППД приостановлено, уровни добычи поддерживались за счет ввода новых скважин.

3этап. 2009-2011 гг. – организация системы ППД на разбуренной части объекта. Начало эксплуатационного бурения в северной части объекта.

4этап. 2011 г. – по настоящее время – эксплуатационное разбуривание восточной части объекта по проектной сетке наклонно-направленными скважинами с одновременной организацией системы ППД. Уплотнение сетки до проектных значений на разбуренной части объекта. В 2012-2013 гг. выполнены ОПР по бурению 5-ти горизонтальных скважин с МГРП.

50