Диссертация (1173025), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Распределение температуры в кольцевомпространстве будет напрямую влиять на размер области образования гидратовприродного газа. После изменения расхода бурового раствора это изменениеповлияет на распределение зон образования гидрата.56Рис.20. Диаграмма распределения температуры в кольцевом пространстве ибурильной колонне при расходе бурового раствора 15 л/с и 50 л/с(3) На рис.21 представлена диаграмма распределения температуры в затрубном пространстве и бурильной колонне при расходе бурового раствора30л/с в присутствии и отсутствии термоизоляции. В качестве материала термоизоляции принят гибкий пенополиуретан плотность 34.5kг/м3, теплопроводность 0.024 Вт/(м ∙ ℃).Результатов расчетов показывают, что внешний изоляционный слой райзера может значительно улучшить распределение температуры в бурильнойколонне и кольцевом пространстве. Как показано на рисунке, когда имеетсяизоляционный слой, самая низкая температура в бурильной колонне составляет около 22°C, а когда его нет, самая низкая температура в бурильной колонне будет 14°C, разность температур составляет 8°C, при отсутствии теплоизоляционного слоя значение разницы температур равно 6°C.
Поэтому послеувеличения изоляционного слоя температура в стволе скважины увеличивается, что используется для предотвращения образования газогидратов.57Рис.21. Распределение температуры в затрубном пространстве и бурильнойколонне в присутствии и отсутствии термоизоляции (расход бурового раствора 30 л/с)Решение системы уравненийГраничные и начальные условия для нахождения температурного поля1.
Начальное условие(1) В начальный момент времени циркуляции бурового раствора не былоЕсли буровой раствор был неподвижен в течение достаточного периодавремени в ходе расчетного цикла, его температура, в бурильной колонне, такаяже, как у окружающей среды. Исходные условия:(2-39)==или(2) Циркуляция раствора в стволе скважины во время буренияВо время процесса бурения, температура бурового раствора постоянноизменяется, в связи с проникновением пластовых флюидов. Таким образом,исходными условиями мгновенного температурного поля являются стволскважины и температура внутри бурильной колонны, рассчитанная в стабильных условиях.2.Граничное условие58Поскольку температура бурового раствора на входе бурильной колонныможет быть задана и поддерживаться постоянной, то граничное условие есть:(0, ) =(2-40)В то же время, температура бурового раствора в бурильной колонне итемпература кольцевой жидкости на дне скважины одинаковые, т.е.:( , )= ( , )(2-41)где,температура на входе бурильной колонны, глубина забоя скважиныУсловия для определения давления и параметров потока1.
Начальное условие（1）Так как температура жидкости в бурильной колонне и температуракольцевой жидкости на дне скважины одинаковые, т.е.:( , 0) =( , 0) =( , 0) = 0(2-42)( , 0)( , 0) + ( , 0)(2-43)(2-44)=1−( , 0) =( )(2-45)( , 0) =( , 0)( , 0)(2-46)( , 0) =( )(2-47)( , 0) =( , 0)( , 0)(2-48)(2-49)( , 0) = ( )где,-вытеснение объема бурового насоса, м3/с;-вытеснение объемашлама, м3/с。Фазовая объемная доля может быть определена по приведенной вышеформуле. Решая приведенное выше уравнение, можно определить давление,скорость и объемную долю фазы в начальный момент.（2）Выключение насоса и закрытие скважины59Начальные условия рабочего режима отключения насоса и закрытия скважины определяются условием переполнения во время закрытия скважины.
Содержание флюидов в сечении и давление в каждой точке в затрубном пространстве в состоянии распределения, параметры плотности и скорости потокакаждой фазы определяются как начальные условия для рабочего режима отключения насоса и закрытия скважины.（3）Глушение скважиныПеред началом закрытия скважины пластовое давление и плотность бурового раствора определяют путем измерения стабильного давления, межколонного давления, а также объема прироста уровня в шлам бассейне после закрытия скважины. Контролируя отношение остаточной фазы для каждого сечения, можно моделировать процесс получения конкретного закона распределения многофазного потока. Согласно закону распределения может быть получено давление в каждой точке в затрубном пространстве в состоянии распределения. Плотность каждой фазы определяет скорость каждой фазыпо = 0 и скорости скольжения.
Эти параметры определяются как начальные условия для определения параметров на этапе глушения скважины.2. Граничное условиеМодель включает в себя интеграцию нескольких моделей многофазногопотока, в том числе бурильная колонна, буровое долото, фильтрация пласта,затрубное пространство ствола скважины, райзер и линия дросселирования.Это нелинейная система из нескольких уравнений с несколькими неизвестными, решение которой также требует задание граничных условий. Для разных расчетных участков граничные условия разные. Эти границы следующие:(1) Бурение и переполнение⎧⎪⎨⎪⎩(0, ) =( , )=( , )=(, )=(2-50)(2) Остановка бурения и циркуляция⎧⎪⎨⎪⎩(0, ) =( , )=( , )=0(, )=(2-51)(3) Выключение насоса и закрытие скважины60⎧⎪⎨⎪⎩( , )=( , )=0(0, ) = (0, ) = 0(, )=(2-52)(4) Циркуляционное глушение скважины+⎧ ( , )=⎪( , )=0( , )=0⎨⎪(, )=⎩Среди них,-давление пласта, Па,(2-53)- дополнительное давление дляглушения скважины, Па, H - глубина скважины, м.Описание процесса решенияОписанная выше система дифференциальных уравнений решается численно с использованием метода конечных разностей и метода итераций.（1） Предварительно предполагается, что давление в узле j в момент n+1равно( );（2） Искомая температураузла j в момент n+1 определяется тем, будетли гидрат образовываться в соответствии с условиями давления и температуры, решается как;（3） С помощью уравнения состояния определяются физическая плотностькаждой фазы, вязкостьи другие физические параметры, а i поотдельности обозначает газовую, жидкую и другие фазы;（4） Оценка соотношения каждой фазы в узле j в момент n+1;（5） Вычисление фазовой скорости по уравнению непрерывности（6） Физическое уравнение включает в себя определение−, если( );для определения< ，то расчет продолжается, в противномслучае необходимо вернуться к шагу (4) и повторить расчет;（7） Подстановка определенных фазовых параметров в уравнение количествадвижения для получения нового（8） Если−( )；< , значит, расчет( )верен.
Следует прекра-тить вычисления для узла j, параметр, вычисленный в узле j, взять какизвестное условие для вычисления точки j + 1, в противном случае61необходимо вернуться к шагу (1) для повторного расчета до тех пор, покаусловие не будет выполнено.Путем вышеуказанных восьми шагов можно вычислить параметры навсех узлах временного слоя n + 1, состояние на временном слое n + 2 определяется в соответствии с граничным условием на этом временном слое. Далееаналогично рассчитывается состояние на временных слоях n + 3, n + 4 и т.д.Дискретизация и решение модели нестационарного течения буровогораствора в процессе буренияДля нестационарного потока пространственная область задачи представлена всей длиной бурильной колонны.
В качестве расчетного периода выбрановремя от начала бурения пласта до полного глушения скважины. Согласно динамическому состоянию возрастания скорости течения газа выбирается длинаучастков пространства между расчетными узлами, то есть сначала оценивается тип многофазного потока в соответствующий период времени, а высотаподъема газа, заданное значение пространственной сетки, определяется погрешность расчета.
Общим правилом является длинная нижняя часть скважины и короткая верхняя. Разделение пространственной сетки см. на рис.22.Интервал между узлами пространственной сетки равен∆ =− ;втечение небольшого времени используется неравномерный шаг для отслеживания переднего края многофазного потока в соответствии с возрастающейскоростьюгаза и величиной шага по пространству∆ ，следующее уравне-ние используется для определения временного шага ∆ =∆。62Рис.22.
Структура дискретной расчетной сетки пространственной и временной областиПредставление уравнений в разностной формеДля решения вышеприведенной системы уравнений был использован метод конечных разностей в четырехточечном разностном формате.Уравнение непрерывности(1) газовая фаза−∆=++∆∆−−−−(2-54)−(2) буровой раствор()−()(=)+∆∆(∆) +(− 1−)−()−(2-55)+ − 1−(3) шлам()−()=∆∆() +()−(())−(2-56)(4) газогидраты()−(())−(=)∆(∆+∆) +(( )+( ))−(2-57)Уравнение количества движения( )+( )+=∆+∆+++++++−+++++63−∆cos++++++++−−cos∆++(2-58)+Уравнение поля температур (уравнение теплопроводности)(1) затрубное пространство+()∆2∆==∆+−+−+)−−)++(∆+(−(∙∆)−−(+∙∆)−−(−)−(2-59)(2) бурильная колонна(())−(−())+=∆∆∆((−) +()−(−))−(2-60)Уравнение энергии（1） затрубное пространство∆ℎ+− .
.+ℎ+− . .−ℎ+− . .+ℎ+− . .=ℎ++ℎ+− . .+ℎ+− . .+ℎ+− . .−ℎ+− . .+ℎ+− . .−ℎ+− . .+ℎ+− . .−ℎ+∆− . .− . .(−)−+(ℎ+−)−∙∆− . .++(−)−64(−)−∙∆(2-61)（2） бурильная колонна∆∆ℎ+− . .ℎ+− . .−+ℎ+− . .=ℎ+− . .−ℎ+(2-62)− . .Пример расчетаТаблица 3. Основные данные для определения технических параметровглубина скважиныразмер обсадной трубыРазмер линии для дросселированиябуровойплотностьрастворДНС - динамическое напряжениесдвигаразмер долотзалежьдавлениегазопроницаемостьтемпература на морское дно4000м327,66мм 20003000м293,37мм 30005000м91,44мм1.1г/cм31.5 Па259.08мм45.6МПа550мД2℃глубина водыразмер бурильнойколонны1500м152,4мм4000мвнутренний диаметр райзерапластическая вязкостьвыходящий объём472мммеханическая скорость бурениядавление разрыватолщина продуктивного пластагеотермическийградиент3мПа·с30Л/c6м/ч49,8МПа15м2.7℃/100мПрогноз газогидратообразования в стволе скважины при разной скорости потока жидкости (рис.23).65Рис.23. Региональный прогноз образования газогидратов в стволе скважиныпри разной скорости потока жидкостиПрогноз зоны образования газогидрата при включении ингибиторнойсистемы бурового раствора (рис.24 и 25).Рис.24.
Региональный прогноз образования газогидратов в стволе скважинпри разной концентрации ингибитора NaCl66Рис.25. Региональный прогноз образования газогидратов в стволе скважинпри разной концентрации ингибитора этанолаПрогноз газогидратообразования в стволе скважины при разной температуре на входе(рис.26).Рис.26. Региональный прогноз образования газогидратов в стволе скважинпри разной температуре на входе67Прогноз газогидратообразования в стволе скважины при разной глубиневоды(рис.27).Рис.27. Региональный прогноз образования газогидратов в стволе скважиныпри разной глубине водыПрогноз газогидратообразования в стволе скважины при разной времениостановки бурения (рис.28).68Рис.28. Региональный прогноз образования газогидратов в стволе скважиныпри разной времени остановки буренияПрогнозирование зоны образования газогидрата в условиях глушенияскважины (рис.29).Рис.29.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
