При механизированной эксплуатации скважины на месторождении с большой газонасыщенностью нефти может возникать режим фонтанирования через затрубное пространство, обусловленный неспособностью скважинного насоса обеспечить прокачку всего добываемого объема газожидкостной смеси. Для анализа и оптимизации работы таких скважин предложены математическая модель и программный модуль. Математическая модель скважины, фонтанирующей через затрубное пространство, представляет собой систему одномерных дифференциальных уравнений. Моделирование системы разделяется на три составляющих, связанных граничными условиями: участок от забоя до приема глубиннонасосного оборудования, внутритрубное пространство и затрубное пространство. На линейные давления, получаемые при расчетах перепада давления со стороны внутритрубного и затрубного пространства, накладывается условие совпадения с заданной точностью. Для выполнения этого условия вычисляется коэффициент деления жидкости, от которого зависит объем жидкости, поступающей в затрубное пространство. Коэффициент деления жидкости рассчитывается путем решения оптимизационной задачи для каждого рассматриваемого забойного давления.
Разработанная математическая модель реализована как программный модуль, позволяющий получать полное преставление о процессах, происходящих в скважине. Модуль позволяет проанализировать наличие фонтанирования через затрубное пространство, а также распределение потоков и давлений во внутритрубном и затрубном пространстве для интересующих исходных данных. На базе разработанной модели реализован функционал оптимизации режимов работы скважин, позволяющий определять оптимальные управляющие воздействия на скважину (частоту вращения вала электроцентробежного насоса, диаметры штуцера выкидной линии и перепускного клапана затрубного пространства) для достижения выбранного оптимизационного критерия. Проведен сравнительный анализ результатов расчета с использованием разработанной модели в коммерческом программном обеспечении для моделирования неустановившихся многофазных течений, а также с данными стендовых исследований и промысловой эксплуатации. Выявлены специфические физические эффекты, сопровождающие работу скважин, фонтанирующих через затрубное пространство.
Разработанная модель не требует дополнительных исходных данных (за рамками стандартного набора информации о механизированном фонде в добывающих обществах), что позволяет автоматизировать процессы ее создания и адаптации. С использованием разработанной физико-математической модели возможна реализация алгоритмов автоматизированного формирования мероприятий по оптимизации режимов работы скважин.
Список литературы
1. Brill J.P., Beggs H.D. Two-Phase Flow in Pipes. – Oklahoma: U. of Tulsa. – 1991.
2. A comprehensive mechanistic model for upward two-phase flow in wellbores / A.M. Ansari [et al.] // SPE-20630-PA. – 1994. – DOI: https://doi.org/10.2118/20630-PA
3. Gray H.E. Vertical Flow Correlation in Gas Wells: User’s Manual for API 14B Surface Controlled Subsurface Safety Valve Sizing Computer Program, 2nd Edition. – Dallas: American Petroleum Institute, TX – 1978.
4. Hasan A.R. Kabir Two-Phase Flow in Vertical and Inclined Annuli // Intl. J. Multiphase Flow. – 1992. – V. 18. – No. 2. – P. 279-293. – https://doi.org/10.1016/0301-9322(92)90089-Y, 1992. – 279 p.
5. Marquez R.A., Prado M.G. A new correlation for predicting natural separation efficiency. – Lubbock, Texas: Lubbock Memorial Civic Cente, 2003.
6. Analysis of Self Flowing through Annulus of wells operated with Electric Submersible Pumps, Western and Eastern Siberia Fields Cases (Russian) / K. Goridko, O. Kobzar, V. Verbitsky, R. Khabibullin // SPE-201878-MS. – 2020. – DOI:10.2118/201878-RU.
