Ученые Тюменского государственного университета рассчитали параметры теплоносителя вдоль всего ствола нефтедобывающей скважины, что поможет избежать проблемы обводнения при движении пара по трубе.
Физики ТюмГУ продвинулись в решении проблемы обводнения нефтяных скважин / © Getty images
Сегодня в разработку вовлекаются месторождения с высоковязкой нефтью, поскольку запасы других месторождений истощаются. Вязкость тяжелой нефти существенно зависит от температуры, поэтому для ее снижения используют тепловые методы увеличения нефтеотдачи.
Применение закачки водяного пара среди всех тепловых методов увеличения нефтеотдачи наиболее распространено в связи с максимальным количеством теплоты, вносимым в пласт, по сравнению с другими теплоносителями. Одна из проблем использования пароводяной смеси связана с конденсацией пара при движении по стволу скважины.
Существующие забойные парогенераторы обеспечивают неконтролируемое выделение тепла, что может приводить к механическим нарушениям фильтрационно-емкостных свойств призабойной зоны пласта, и характеризуются небольшими расходными характеристиками, при этом в пласт параллельно с теплоносителем поступают газы горения.
Режим работы устьевых парогенераторов можно контролировать в широком диапазоне расходных характеристик, а сами такие парогенераторы достаточно просты в эксплуатации и существенно дешевле забойных.
К сожалению, устьевые парогенераторы не позволяют получать сухой пар в промышленных масштабах. Поэтому уже на устье скважины попадает пароводяная смесь. Для глубоко залегающих скважин критический параметр – их глубина. При движении теплоносителя по стволу такой скважины происходят значительные теплопотери, зачастую приводящие к полной конденсации пара и выделении существенной части транспортируемого тепла в стволе скважины, а не в пласте.
Современное направление в области моделирования задач физики нефтегазового пласта – использование гидродинамических симуляторов. Эти симуляторы хорошо зарекомендовали себя при решении стандартных задач. Движение теплоносителя по стволу наклонной скважины в таких симуляторах не моделируется.
Использование специализированного программного обеспечения также настроено на решение стандартных задач и не учитывает всех эффектов при движении теплоносителя по стволу скважины, а также сопряжено с временными и финансовыми затратами.
Применение нейросетевого или машинного обучения для решения задач движения многофазных потоков в нагнетательных и добывающих скважинах не позволяет учесть индивидуальных особенностей каждой конкретной скважины, а дает лишь общую усредненную картину и по сути является методом приближенных статистических оценок.
Статья «Расчет забойных параметров теплоносителя при его движении по стволу наклонно-направленной скважины с учетом структуры потока» физиков ТюмГУ Александра Гильманова и Александра Шевелева вышла в журнале «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов».
Ученые поставили целью определение забойных характеристик теплоносителя при его движении по стволу скважины с учетом как режимов течения, так и структуры потока, а также тепловых потерь через стенки многослойной скважины.
В рамках развиваемого авторами подхода впервые учтено влияние угла наклона скважины на эволюцию структуры газожидкостного потока и технологические параметры для неизотермической задачи движения теплоносителя по стволу нагнетательной скважины. Решена задача о движении теплоносителя (пар–вода) по стволу скважины с учетом угла ее наклона, потерь тепла через стенки скважины и режимов течения жидкости.
Произведен расчет паросодержания и расхода теплоносителя вдоль всего ствола наклонной скважины. Проанализировано влияние величины угла наклона скважины на параметры теплоносителя на забое скважины, а именно — на сухость пара, расход нагнетаемой пароводяной смеси и глубину конденсации пара. Определено, что чем меньше угол наклона скважины, тем глубже пар проникает по глубине пласта.
