Разработка симулятора для моделирования технологических операций с гибкими НКТ

UDK: 622.276.5.054.3:532.57

DOI: 10.24887/0028-2448-2020-7-120-126

Ключевые слова: гибкие насосно-компрессорные трубы (ГНКТ), моделирование ГНКТ, симулятор ГНКТ, математическое моделирование, теория упругости, гидравлика, многофазная гидродинамика, транспорт твердых частиц, усталостное разрушение, численные методы, разработка программного обеспечения (ПО)

Авт.: И.С. Желтова (ООО «РН-БашНИПИнефть»), А.А. Филиппов (ООО «РН-БашНИПИнефть»), А.В. Пестриков (ПАО «НК «Роснефть»), Д.Ю. Холодов (ПАО «НК «Роснефть»), А.Г. Климентьев (ПАО «НК «Роснефть»), В.А. Кононенко (ООО «РН-ГРП»), К.Н. Байдюков (ООО «РН-ГРП»)

В статье рассмотрены вопросы математического моделирования технологических операций с гибкими насосно-компрессорными трубами (ГНКТ) и разработки программного обеспечения для проектирования, выполнения и контроля качества технологических операций ГНКТ. Приведены примеры применения программного обеспечения для моделирования операций с ГНКТ – симулятора ГНКТ. Дано описание основных физических явлений, которые необходимо учитывать для корректного моделирования операций с ГНКТ. Приведено общее описание математических моделей и подмоделей, составляющих симулятор ГНКТ: расчет нагрузок, виды и критерии потери устойчивости гибкой трубы, влияние гидравлики на напряженное состояние гибкой трубы, условия формирования критического напряженного состояния гибкой трубы, многофазная гидравлика, перенос твердых частиц, усталостный износ металла. Представлены базовые принципы, использованные при разработке отечественного симулятора ГНКТ: единый интерфейс для задания входных данных и отображения результатов расчета, выполнение стандартного комплекса моделирования ГНКТ за один расчет, обширная база данных гибких труб, труб, наземного и навесного оборудования, жидкостей, газов. Показаны возможности специального модуля сбора, обработки и визуализации данных станции управления флота ГНКТ/ГРП: возможность отображать любые графики и шкалы на любом количестве окон и в любой конфигурации: адаптивный подбор размеров графиков, шкал и индикаторов, гибкая настройка параметров разбора потока входных данных, которая позволяет подстроиться под любой формат текстового протокола; неограниченное количество каналов входных данных; возможность создавать расчетные каналы данных. В настоящее время корпоративный симулятор ГНКТ и модуль сбора, обработки и визуализации данных станции управления проходят апробацию на месторождениях добывающих подразделений ПАО «НК «Роснефть».
Список литературы:
1. Ho H.-S. An Improved Modeling Program for Computing the Torque and Drag in Directional and Deep Wells // SPE-18047-MS. – 1988. – doi:10.2118/18047-MS.
2. Johancsik C.A., Friesen D.B., Dawson R.. Torque and Drag in Directional Wells-Prediction and Measurement // SPE-11380-PA. – 1984. – doi:10.2118/11380-PA.
3. Sheppard M.C., Wick C., Burgess T. Designing Well Paths To Reduce Drag and Torque // SPE-15463-PA. – 1987. – doi:10.2118/15463-PA.
4. Mitchell R.F., Samuel R. How Good Is the Torque/Drag Model? // SPE-105068-PA. – 2009. – doi:10.2118/105068-PA.
5. Mirhaj S.A., Kaarstad E., Aadnoy B.S. Torque and Drag Modeling; Soft-string versus Stiff-string Models // SPE-178197-MS. – 2016. – doi:10.2118/178197-MS.
6. Newman K.R. Finite Element Analysis of Coiled Tubing Forces // SPE-89502-MS. – 2004. – doi:10.2118/89502-MS.
7. Newman K., Bhalla K., McSpadden A. Basic Tubing Forces Model (TFM) Calculation, Tech Note CTES. – Texas. – 2003. – October.
8. Wu J., Juvkam-Wold H.C. Coiled Tubing Buckling Implication in Drilling and Completing Horizontal Wells // SPE-26336-PA. – 1995. – doi:10.2118/26336-PA.
9. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: 10-е издание, перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 592 с.
10. Bhalla K., Walton I.C. The Effect of Fluid Flow on Coiled Tubing Reach // SPE-36464-PA. – 1998. – doi:10.2118/36464-PA.
11. Kaya A.S. Comprehensive Mechanistic Modeling of Two-Phase Flow in Deviated Wells. – Oklahoma: The University of Tulsa, 1998. – 93 p.
12. Caetano E.F. Upward Vertical Two-Phase Flow Through an Annulus: PhD dissertation. – Oklahoma: The University of Tulsa, 1985.
13. Beggs H.D., Brill J.P. A study of two-phase flow in inclined pipes // JPT. – 1973. – May. – P. 607–617.
14. Unified Model for Gas-Liquid Pipe Flow via Slug Dynamics. Part 1: Model Development / H.–Q. Zhang, Q. Wang, С. Sarica, J.P. Bril // J. Energy Res. Technol. – 2003. – № 125. – 266 p.
15. Avakov V.A., Foster J.C., Smith E.J. Coiled tubing life prediction // Offshore Technology Conference. OTC-7325-MS. – 1993. – P. 627–634.