Совершенствование гидродинамического моделирования промысловых газосборных сетей, транспортирующих газожидкостные смеси



страница1/5
Дата21.01.2018
Размер0.99 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4   5


На правах рукописи
Ротов Александр Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОМЫСЛОВЫХ ГАЗОСБОРНЫХ СЕТЕЙ, ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ГАЗОЖИДКОСТНЫЕ СМЕСИ


Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью

«Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий — Газпром ВНИИГАЗ»


Научный руководитель -

Сулейманов Владимир Алекперович, кандидат физико-математических наук



Официальные оппоненты:

Шеберстов Евгений Викторович, доктор технических наук, главный научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ»





Григорьев Леонид Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Автоматизированные системы управления" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина



Ведущая организация -

Институт проблем нефти и газа РАН

Защита диссертации состоится « _ » ноября 2013 г. в 13 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.01, созданного на базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, с подписью составителя, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «___» октября 2013 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. г.-м. н.


Н.Н. Соловьев

общая характеристика работы


Актуальность темы

Важным этапом проектирования разработки и обустройства газовых месторождений является гидродинамический расчет промысловых газосборных сетей. Одним из эффективных методов решения задач анализа, прогнозирования и оптимизации работы данных объектов является гидродинамическое моделирование.

Создание моделей газосборных сетей осложнено отсутствием обоснований для выбора методики гидродинамического расчета промысловых трубопроводов. Недостаточно изучен вопрос адаптации методик к фактическому состоянию промысловых газосборных сетей. Серьезную методическую проблему представляет учет взаимодействия всей системы пласт – скважины – трубопроводы газосборной сети - установки подготовки газа – дожимные компрессорные станции в процессе добычи.

В связи с этим развитие методов гидродинамического моделирования промысловых газосборных сетей является актуальной темой исследований.



Целью диссертационной работы является совершенствование методов гидродинамического моделирования газосборных сетей, транспортирующих газожидкостные смеси, для оптимизации режимов совместной эксплуатации скважин и промысловых трубопроводов.

Основные задачи исследований

  1. Изучение особенностей гидродинамики газожидкостных смесей в промысловых трубопроводах.

  2. Проведение сравнительного анализа существующих методик гидродинамического расчета промысловых трубопроводов.

  3. Разработка рекомендаций по гидродинамическому расчету промысловых трубопроводов при моделировании газосборных сетей.

  4. Изучение проблемы адаптации гидродинамических моделей трубопроводов, транспортирующих газожидкостные смеси, к фактическому состоянию промысловых газосборных систем.

  5. Разработка методики адаптации гидродинамических моделей промысловых трубопроводов на основании эксплуатационных данных.

  6. Разработка метода гидродинамического расчета промысловых систем сбора газа, позволяющего учесть взаимное влияние скважин и трубопроводов газосборной сети в процессе эксплуатации.

Методы исследования

Решение поставленных задач проводилось на основе методов гидродинамического расчета газожидкостных смесей в трубопроводах, анализа промысловой информации о работе систем сбора газа, с использованием численных методов математического моделирования.



Научная новизна

Обосновано новое критериальное уравнение для определения режимов течения газожидкостной смеси на подъемных участках трубопроводов в условиях малого расходного содержания жидкости.

Установлена неоднозначность решения задачи определения расхода газожидкостной смеси в трубопроводе для заданного перепада давления. Разработана методика выбора решения на основе истории эксплуатации трубопровода.

Разработана методика раздельной адаптации гидродинамической модели трубопровода по потерям давления на трение и гидростатическим потерям на основе фактических эксплуатационных данных.

Создан модульный программный комплекс, объединяющий гидродинамические модели отдельных элементов системы сбора газа (скважин, трубопроводов, регулирующих устройств) в единую расчетную систему.

Защищаемые положения


  1. Методика гидродинамического расчета трубопроводов, транспортирующих газ с малым содержанием жидкости для создания моделей промысловых газосборных систем.

  2. Методика раздельной адаптации по потерям давления на трение и гидростатическим потерям гидродинамических моделей промысловых трубопроводов на основе фактических эксплуатационных данных.

  3. Алгоритм расчета режимов совместной работы скважин и трубопроводов газосборной сети, эксплуатирующихся в условиях транспорта газожидкостных смесей.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Разработанные методики применены для создания и уточнения гидродинамических моделей газосборных сетей, повышения достоверности проводимых расчетов. Результаты работы использованы при проектировании разработки Уренгойского и Ямбургского месторождений, выполнении авторского сопровождения проектов разработки. На основе предложенных в диссертации методик и алгоритмов выполнены расчеты технологических режимов работы промысловых систем сбора газа, проведена оценка технологического эффекта реконструкции газосборных сетей, определены добычные возможности промыслов.



Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на международных и всероссийских научных конференциях и семинарах:



  1. IV Международная научно-практическая конференция «Проблемы добычи газа, газового конденсата, нефти». Ставрополь, 2008.

  2. Научно-практический семинар молодых специалистов и ученых филиала ООО «ВНИИГАЗ». Ухта, 2008.

  3. Международная научно-практическая конференция специалистов и ученых «Применение новых технологий в газовой отрасли: опыт и преемственность». Москва, 2008.

  4. НТС ОАО «Газпром» «Добыча и промысловая подготовка газа и конденсата». Геленджик, 2010.

  5. II Международная научно-практическая конференции «Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения» («WGRR-2010»). Москва, 2010.

  6. Научно-технический семинар «Инновационные решения и актуальные вопросы проектирования разработки месторождений углеводородов». Москва, 2010.

Публикации

Основное содержание работы изложено в 9 опубликованных работах, включая 5 работ в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных Минобрнауки РФ.



Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 65 наименований. Общий объем работы составляет 117 печатных страниц. Текст работы содержит 37 рисунков и 11 таблиц.



Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю к.ф.-м.н. В.А. Сулейманову, а также к.ф.-м.н. Н.А. Бузникову, д.т.н. Ю.Н. Васильеву, к.т.н. И.А. Гужову, д.т.н. Н.А. Гужову, д.х.н. В.А. Истомину, Г.Ю. Миниковой, д.г.-м.н. Н.Н. Соловьеву, А.В. Трифонову, к.г.-м.н. Ю.М. Фриману, Т.В. Чельцовой, к.т.н. И.В. Шулятикову – за ценные советы и оказанную помощь при проведении исследований и подготовке работы.



Основное содержание работы


Во введении раскрыта актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы и основные задачи исследований, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость проведённых исследований.

В первой главе приведен обзор современных методик и программных продуктов для гидродинамического расчета трубопроводов. Проанализированы проблемы, возникающие при создании моделей промысловых газосборных сетей.

Промысловые газосборные сети представляют собой объект исследований, характеризующийся широким разнообразием конструкций, условий эксплуатации, нормативных требований по режимам эксплуатации. В настоящее время математическое моделирование является одним из наиболее эффективных методов решения задач анализа, прогнозирования и оптимизации режимов работы данных промысловых объектов. Основой средств моделирования газосборных сетей являются методики гидродинамического расчета газожидкостных смесей в трубопроводах.

Активное исследование движения газожидкостных смесей в трубах было начато в 40-х и 50-х годах прошлого века. В этот период С.Г. Телетовым, А.А. Армандом, С.С. Кутателадзе, Ф.И. Франклем, Р.С. Мартинели, Р.В. Локартом и другими учеными были разработаны теоретические основы гидродинамики газожидкостных течений, проведена классификация структур движения смесей. В 60-х и 70-х годах проводятся экспериментальные и теоретические исследования движения газожидкостных сред в трубах различной пространственной ориентации. В дальнейшем усилия исследователей были направлены на разработку полуэмпирических моделей различных структур течений газожидкостных смесей и созданию на их основе инженерных методов гидродинамического расчета.

В нашей стране при создании моделей течения газожидкостных смесей использовались экспериментальные и теоретические исследования ученых Энергетического института Академии Наук СССР (С.И. Костерин, Н.И. Семенов, А.А. Точигин и др), Всесоюзного научно-исследовательского института природных газов (О.В. Клапчук, В.А. Мамаев, Г.Э. Одишария и др.), Грозненского нефтяного института (А.И. Гужов, В.Ф. Медведев, В.Г. Титов, В.А. Васильев), Новосибирского государственного университета (С.С. Кутателадзе). Большой вклад в исследование гидродинамики газожидкостных смесей внесли Ю.П. Коротаев, А.И. Гриценко, Ю.Л. Далецкий, С.Н. Бузинов, В.И. Шулятиков, Ю.Н. Васильев, В.И. Марон, В.М. Маслов, Г.Г. Кучеров, Ю.А.Харченко.

В настоящее время в ООО «Институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ» продолжаются работы по исследованию движения газожидкостных потоков в трубах на экспериментальном стенде, разработанном Р.М. Тер-Саркисовым, И.В. Шулятиковым и С.Н.Бузиновым.

Из зарубежных исследований движения газожидкостных смесей можно отметить работы А.Е. Даклера, И.М. Тейтеля, М.Г. Хаббарта, А.М. Ансари, К. Азиза, Д.П. Брилла, Х.Е. Грея, Х. Данса, Д.Ф. Ли, Х. Мукерджи, Д. Оркишевского, Н.К. Роса, Г. Уоллиса, А.Р. Хагедорна, Д. Хьюитта.

Результатом исследований стало создание нескольких десятков различных методик гидродинамического расчета газожидкостных смесей, которые затем были включены в состав программных продуктов для моделирования трубопроводов. Анализ существующих методик гидродинамического расчета газожидкостных смесей в вертикальных трубопроводах, проведенный В.А. Сахаровым и М.А. Моховым показал, что ни одну из них нельзя считать универсальной. С.М. Бикбулатовым и А.А. Пашали на примере расчетов градиента давления в стволе скважины установлено, что общепринятые методики показывают существенно различающиеся результаты. Вместе с тем практические рекомендации по применению методик в условиях малого содержания жидкости, характерного для работы газовых месторождений, недостаточно полны. Выбор методики гидродинамического расчета является серьезной проблемой как при создании моделей скважин, так и при создании моделей трубопроводов газосборных сетей.

Не менее важным вопросом является адаптация методик гидродинамического расчета к фактическому состоянию газосборных сетей. В работах В.М. Маслова, В.Г. Зубарева, И.Е. Ходановича, Ю.П. Коротаева предложены подходы к адаптации методик гидродинамического расчета однофазных газовых потоков в трубопроводах. Специфика гидродинамики газожидкостных смесей существенно ограничивает возможность использования данных подходов и требует разработки новых методик адаптации.

Еще одной задачей, возникающей в процессе создания модели газосборной сети, является ее интеграция в систему моделирования газового промысла в целом. Вопросам создания комплексного подхода к моделированию режимов работы промысла – объединения моделей отдельных элементов (пласта, скважин, газосборной сети, установки подготовки газа, дожимной компрессорной станции) в единую расчетную систему посвящены работы С.Н. Бузинова, Д.В. Толмачева, А.Н. Харитонова, А.В. Назарова. Из зарубежных работ можно отметить программные продукты компаний Shlumberger (Avoset), Neotec (Forgas). Существующие разработки имеют ряд функциональных ограничений и решение широкого круга задач, возникающих в ходе эксплуатации газовых промыслов, требует дальнейшего развития способов реализации комплексного подхода.

Во второй главе проведен сравнительный анализ наиболее распространенных методик гидродинамического расчета газожидкостных смесей на примере моделирования рельефного промыслового трубопровода, даны рекомендации по применению методик для создания моделей газосборных сетей.

Для сравнительного анализа были отобраны методики, позволяющие проводить гидродинамический расчет в широком диапазоне (от 0˚ до 70˚) углов наклона трубопровода: TACITE steady state (TACITE), OLGAS v.1.1.2 (OLGA), Beggs & Brill – Moody (BBM), Dukler-Eaton-Flannigan(DEF), Mukherjee & Brill (MB), методика О.В. Клапчука (ВНИИГАЗ). Сравнение методик проводилось на основе результатов моделирования рельефного трубопровода, работающего в условиях характерных для эксплуатации промысловых газосборных сетей: транспортируемая среда – сеноманский газ (метан 98%, этан 1,5%, пропан 0,5%), содержание жидкости – 1,5 г/м3, давление в начале трубопровода – 2,0 МПа, температура в начале трубопровода – 285 К, скорость движения газожидкостной смеси изменяется в диапазоне 1-10 м/с. Трубопровод сформирован из восходящего участка длинной 1500 м (подъем 30 м) и нисходящего участка длинной 1500 м (спуск 30 м), внутренний диаметр составляет 0,4 м. Результаты расчетов потерь давления и объемов накопленной в трубопроводе жидкости, полученные в ходе моделирования, представлены на рисунке 1.



Анализируя результаты моделирования можно констатировать, что в условиях характерных для эксплуатации газосборных сетей методики гидродинамического расчета показывают существенные отличия в расчетных потерях давления и объемах накопления жидкости.

а)

б)

Каталог: textpage
textpage -> Всероссийский научно-исследовательский геологический
textpage -> Анализ остаточных напряжений в трубах большого диаметра на стадии проектирования магистральных газопроводов
textpage -> Перспективы нефтегазоносности карбонатных верхне-среднепалеозойских отложений на российском шельфе Баренцева моря
textpage -> Методы и практика применения литолого-петрофизических исследований при создании пхг в водоносных пластах
textpage -> Программ а вступительного испытания по направлению 05. 06. 01 Науки о Земле I. Вопросы к вступительному экзамену в аспирантуру по специальности 25. 00. 12 «Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений»
textpage -> Термобарические условия размещения скоплений углеводородов в мезозойских толщах и прогноз нефтегазоносности юрских отложений ямальской области западной сибири 25. 00. 12 Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений
textpage -> Программ а вступительного испытания по направлению 20. 06. 01 Техносферная безопасность
textpage -> Совершенствование методов обоснования режимов работы газовых скважин
textpage -> Квон Валерий Герасимович Термодинамическое моделирование фазовых равновесий углеводородных систем с водой и газовыми гидратами для повышения эффективности технологий в добычЕ газа
textpage -> Условия эффективной эксплуатации пхг при двухфазном режиме работы эксплуатационных скважин


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©geo.ekonoom.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница