Автореферат (1173024), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Решение этого цикла задач позволит оценить рискивозможных осложнений при бурении и разработке газогидратных залежей.10Рис.1. Схема работы системы «пласт-скважина» в процессе добычи газа из залежи газогидратовВо второй главе представлен анализ термогидродинамической модели поведения бурового раствора и газогидратов, разработанной в лаборатории гидродинамического моделирования Китайского Нефтяного Университета (Хуадун), вкоторой учтены полученные соискателем экспериментальные данные по разложению газогидратов в условиях глубоководного месторождения.Основными предположениями, используемыми при построении модели, являются следующие:1.Рассмотрение ведется в рамках механики сплошной среды, т.е.
используется гомогенная модель среды.2.Массообмен между газом и буровым раствором не учитывается.3.Буровой раствор считается несжимаемым.4.Движение жидкости рассматривается в одномерном приближениивдоль оси ствола скважины.5.Теплообмен между стволом скважины и пластом стационарный, амногофазная среда внутри скважины находится в состоянии термодинамического равновесия.В процессе глубоководного бурения, при вскрытии нефтегазовых и газогидратных пластов, избыточный природный газ поступает в ствол скважины, вызывая изменение течения бурового раствора, а двухфазный поток жидкой и твердойфазы становится сложным трёхфазным потоком взвеси твердых частиц в газожидкостной смеси.11Для реализации модели система уравнений неразрывности, сохранения количества движения, сохранения энергии и уравнения состояния фазы газогидрата решается численно в конечных разностях методом итераций.Важным этапом рассмотрения процессов, происходящих при вскрытии газогидратной залежи скважиной, является вычисление распределения температуры внутри и в окрестности ствола глубоководной скважины.Модель многофазового течения в кольцевом пространстве с фазовым превращением газогидратов является основой для расчета параметров движенияжидкостей вдоль всего ствола скважины при глубоководном бурении газогидратных скважин.Расчеты проводились для следующих значений параметров процесса бурения.
Глубина скважины составляет 4500 м ниже поверхности воды. Глубинаводы составляет 1500 м. Скважина состоит из обсадной трубы 235 мм, протяженностью от дна моря до забоя 3000 метров. Диаметр буровой колонны составляет127 мм, диаметр бурового долота – 215,9 мм, В толще воды скважина отделенарайзера диаметром 533,4 мм.Расход бурового раствора при бурении – 60 л/с, геотермальный градиент –2,7 ℃/(100м), температура поверхности морской воды составляет 25 °С, плотность морской воды – 1020 кг/м3, удельная теплоемкость морской воды – 4,282Дж/(кг ∙ ℃),теплопроводность морской воды – 0,6 Вт/(м ∙ ℃).
Плотность бурового раствора на морской водной основе – 1200 кг/м3, удельная теплоемкость бурового раствора – 1,670 Дж/(кг ∙ ℃), теплопроводность бурового раствора – 1,7Вт/(м ∙ ℃). Плотность стали – 7800 кг/м3, теплоемкость стали – 4 Дж/(кг ∙ ℃),теплопроводность колонны составляет всего 43,75 Вт/(м ∙ ℃). Плотность цемента составляет 1900 кг/м3, удельная теплоемкость цемента – 2 Дж/(кг ∙ ℃),теплопроводность цемента – 1,0 Вт/(м ∙ ℃). Плотность породы пласта – 2640кг/м3, удельная теплоёмкость породы пласта – 0,83736 Дж/(кг ∙ ℃), теплопроводность породы пласта – 2,25 Вт/(м ∙ ℃).В процессе бурения на газогидратных месторождениях, после размельченияи повышения количества осколков газогидратов в буровом растворе до определённого значения, начинается его расщепление.
Получившийся в процессе расщепления природный газ влияет на то, что в стволе скважины циркулирует неоднородная многофазная жидкость, что ведёт к трудностям в прогнозированиизабойного давления, вплоть до возникновения газового выброса и других аварийных ситуаций.Результаты расчетов распределения температуры затрубного пространствас разным объемным содержанием газа, выделившегося в результате разложениягазогидратов, в буровом растворе представлены на рис.2.12Рис.2. Распределение температуры затрубного пространства с разным объемным содержанием газа, выделившегося в результате разложения газогидратов, вбуровом растворе при его расходе 60 л/сРезультаты расчетов показывают, что по мере увеличения количества выделяющегося газа (средняя объемная доля газа) температура в стволе скважиныприближается к температуре внешней среды.
В области выше 2600 м температура в кольцевом пространстве постепенно уменьшается с увеличением объемной доли газа, а в области ниже 2600 м – наоборот увеличивается.Модель позволяет оценить влияние термоизоляции колонны на распределение температуры в затрубном пространстве и бурильной колонне при расходебурового раствора 30л/с (рис.3). В качестве материала термоизоляции принятгибкий пенополиуретан плотностью 34,5 кг/м3 с теплопроводностью 0,024Вт/(м ∙ ℃).13Рис.3. Распределение температуры в затрубном пространстве и бурильной колонне в присутствии и отсутствии термоизоляции (расход бурового растворасоставляет – 30 л/с)Рассмотрены также профили температуры, возникающие при разной скорости потока жидкости, разной концентрации ингибитора NaCl, разной концентрации ингибитора этанола, разной температуре на входе, разной глубине воды иразном времени остановки бурения.Эти расчеты позволяют проанализировать влияние расхода бурового раствора, механической скорость бурения, входной температуры буровой жидкости,плотности бурового раствора, а также теплоты фазового перехода газогидратовна критическое положение области разложения газогидратов и забойное давление.
В частности, представлен расчет изменения координаты точки разложениягидрата и забойного давления с изменением расхода бурового раствора плотностью 1,2 г/см3 при входной температуре раствора 25℃ и механической скоростибурения 10 м/ч на (рис.4).Проведенные расчеты позволяют заключить, что понижение механическойскорости бурения и входной температуры буровой раствора помогает регулировать процесс расщепления газогидратов и стабилизировать забойное давление.Соответственно, своевременное увеличение плотности буровой жидкости14весьма эффективно для регулирования процесса разложения газогидрата и контроля забойного давления.Рис.4. Влияние расхода бурового раствора на положение области разложениягидрата и забойное давление (плотностью бурового раствора – 1,2 г/см3, входная температура бурового раствора – 25℃ и механическая скорость бурения –10 м/ч)В третьей главе рассмотрены подходы к прогнозированию возможных аварийных осложнений в процессе бурения глубоководных газогидратных залежей.Риск их возникновения обусловлен сложным взаимодействием между буровымраствором и пластом.
Нарушение технологии бурения глубоководной газогидратной залежи может повлечь такие осложнения как нестабильность стенок скважины, оседание стенок ствола скважины и кровли пластов, повреждение обсадной колонны.Вскрытие пласта в процессе бурения может привести к разложению газогидратов в подводной газогидратной залежи.
В результате появляется опасностьсмещение или обвала устья скважины (рис.5).Математическая модель многофазного течения в скважине и призабойнойзоне пласта (схема системы «пласт – скважина» на рис.1), позволяющая прогнозировать осложнения в процессе бурения и разработки, включает расчет подземной циркуляции поступающего в пласт бурового раствора, теплообмена между15буровым раствором и пластом, учет разложения газогидратов, физических и механических изменений в пласте и взаимодействие между этими факторами.Рис.5.
Влияние разложения газогидратов на стабильность устья скважиныПоследующая добыча газа из газогидратов морских осадочных слоев ведетк значительному снижению прочностных характеристик осадочного слоя, чтоможет привести к образованию оползней морского дна.Решение системы уравнений находится с помощью метода конечных элементов и использования соответствующего программного обеспечения (ANSYS,ABAQUS и CFD).Рассматривались следующие задачи:1.влияние диссоциации газогидратов на стабильность ствола скважины;2.влияние диссоциации газогидратов на устойчивость устья скважины;3.влияние разложения газогидратов на устойчивость склонов морскогодна.Радиальная симметрия ствола скважины позволяет рассмотреть одну четверть квадратной области размером 25 м × 25 м в плоскости поперечного сечения скважины, как это показано на рис.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
