Исследование процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине с призабойным нагревателем различной длины
Автор: Пинягин Д.С., Труфанова Н.М., Костарев Н.А.
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.17, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается трехмерная математическая модель процесса тепломассопереноса в нефтяной скважине с призабойным источником тепла. Исследован вертикальный участок с устройством электрического нагрева в скважине с высоковязкой и парафинистой нефтью. Призабойный нагреватель представляет собой монолитный цилиндр, расположенный в нижней части насосно-компрессорной трубы. Труба имеет перфорационные отверстия, через которые пластовый флюид попадает в нее из затрубного пространства. Локальный нагреватель позволяет повысить в призабойной области температуру поступающего флюида, и тем самым снижается вязкость нефти и нагрузка на электрический центробежный насос, для которого определена критическая величина вязкости перекачиваемой жидкости. Реализация используемой модели тепломассопереноса осуществлена методом конечных объемов, входящим в программно-инженерный комплекс ANSYS. Геометрия конечных объемов и образуемая ими сетка - аналог непрерывной расчетной области, созданы препроцессором MESH. Конечные объемы состоят из полиэдрических элементов. С помощью модели получены поля температуры, скорости и вязкости во всем объеме анализируемого участка. Приведены зависимости от продольной координаты трубы средней по сечению температуры и зависимости от мощности нагревателя средней температуры на входе в электрический центробежный насос. Определено значение вязкости при максимально допустимой температуре нагрева, а также величина мощности нагревателя, достаточная для обеспечения бесперебойной перекачки нефтяного флюида. Полученные результаты могут способствовать существенному повышению эффективности работы электрического центробежного насоса, увеличению продолжительности межремонтного периода и снижению материальных затрат при разработке месторождений.
Нефтяная скважина, тепломассоперенос, призабойный нагреватель, высоковязкая нефть
Короткий адрес: https://sciup.org/143183217
IDR: 143183217 | DOI: 10.7242/1999-6691/2024.17.2.13
Study of heat and mass transfer processes in an oil well with a bottomhole heater of different length
This paper considers a three-dimensional mathematical model of heat and mass transfer in an oil well with a bottom-hole heater. The vertical section of an oil well with an electric bottom-hole heater device for wells with highly viscous and paraffinic oil was investigated. The bottomhole heater is a monolithic cylinder located in the lower part of the tubing. The tubing contains perforations through which the oil fluid enters the tubing. The use of a local heater in the near-wellbore area makes it possible to increase the temperature of the fluid flowing through it, thereby reducing the viscosity of the oil and the load on the electric centrifugal pump, for which the critical value of the viscosity of the pumped medium is determined. The implementation of this model was carried out by the finite volume method using the ANSYS engineering simulation software. The geometry of finite elements and the finite volume mesh generated, an analogue of a continuous computational domain, were constructed by the MESH preprocessor. The finite volume mesh consists of polyhedral elements. Using the model, the fields of temperature, velocity and viscosity were obtained throughout the entire volume of the area under study. The curves showing the dependence of the average temperature of the cross section on the longitudinal coordinate of the tubing and the dependence of the average temperature at the inlet to an electric centrifugal pump on the heater power are presented. The viscosity value at the maximum permissible temperature of the heater, as well as the value of sufficient heater power to ensure uninterrupted pumping of petroleum liquid, were determined. The results obtained can be used to significantly improve the operating efficiency of an electric centrifugal pump, to increase the turnaround time and to reduce material costs during field development.
Список литературы Исследование процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине с призабойным нагревателем различной длины
- Рощин П.В., Зиновьев А.М., Рязанов А.А., Соболева Е.И., Никитин А.В., Мурзаханов А.Р. Повышениеэффективности добычи высоковязкой нефти с использованием реагентов-растворителей: лабораторные испытания и внедрение на производстве // Вестник евразийской науки. 2021. Т. 13, № 2. 15.
- Ященко И.Г., Полищук Ю.М. Закономерности территориального размещения и физико-химические свойства нефтей с высоким содержанием асфальтенов и смол // Геология нефти и газа. 2022. № 1. C. 95–108. DOI: 10.31087/0016-7894-2022-1-95-108.
- Гилаев Г.Г., Афанасьев И.С., Павлов В.А., Саляев В.В., Стрельцов Ф.С., Хамитов И.Г. Начало нового этапа в освоении месторождений высоковязких нефтей и природных битумов в России // Нефтяное хозяйство. 2011. № 6. C. 6–9.
- Башкирцева Н.Ю. Высоковязкие нефти и природные нефти // Вестник Казанcкого технологического университета. 2014. № 19. C. 296–299.
- Шандрыгин А.Н., Нухаев М.Т., Тертычный В.В. Разработка залежей тяжелой нефти и природного битума методом парогравитационного дренажа (SAGD) // Нефтяное хозяйство. 2006. № 7. C. 92–96.
- Халикова Д.А., Петров С.М., Башкирцева Н.Ю. Обзор перспективных технологий переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 3. C. 217–221.
- Хамидоллаев Д.Т., Садакбаева Д.Б. Методы перекачки высоковязких нефтей // International Scientific Review. 2015. № 2. C. 30–32.
- Конесев С.Г., Хакимьянов М.И., Хлюпин П.А., Кондратьев Э.Ю. Современные технологии добычи высоковязких нефтей // Электротехнические системы и комплексы. 2013. № 21. C. 301–307.
- Стрункин С.И., Григорьев А.В., Хузин Л.И. Применение установок прогрева призабойной зоны пласта УППЗ-30 на объектах ПАО «Оренбургнефть» // Инженерная практика. 2015. № 12. 1098.
- Du M.-J., Wang Y.-L., Temuer C.-L. Reproducing kernel method for numerical simulation of downhole temperature distribution // Applied Mathematics and Computation. 2017. No. 297. P. 19–30. DOI: 10.1016/j.amc.2016.10.036.
- Tarom N., Hossain M.M. Using ANSYS to Realize a Semi-Analytical Method for Predicting Temperature Profile in Injection/Production Well // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. Vol. 72. P. 1006–1015. URL: https://espace.curtin.edu.au/handle/20.500.11937/32520.
- Купцов С.М. Температурное поле эксплуатационной скважины // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. 2009. № 4. C. 62–68.
- Филиппов А.И., Михайлов П.Н., Ахметова О.В. Температурное поле в действующей скважине // Сибирский журнал индустриальной математики. 2004. Т. 7, № 1. C. 135–144.
- Харламов С.Н., Терещенко Р.Е. Теплообмен при ламинарном течении нефти и нефтепродуктов с аномальной реологией в трубопроводах большой протяженности // Вестник Российской академии естественных наук. Западно-Сибирское отделение. 2013. № 15. C. 96–100.
- Ананьев Д.В., Халитова Г.Р. Интенсификация теплопереноса при ламинарном течении высокопарафинистой нефти в круглой трубе // Труды Академэнерго. 2014. № 2. C. 7–16.
- Труфанова Н.М., Костарев Н.А. Исследование процесса тепломассопереноса в нефтяной скважине // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 4. C. 126–129.
- Костарев Н.А., Труфанова Н.М. Исследование процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине с учетом процесса парафинообразования // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: материалы Всерос. науч.-техн. конф., Пермь, 23 мая 2017. Т. 2. Пермь: ПНИПУ, 2017. C. 136–142.
- Ковригин Л.А., Кухарчук И.Б. Конвективный теплообмен в межтрубном пространстве нефтяной скважины с греющим кабелем // Вестник ПГТУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2012. № 6. C. 43–47.
- Пинягин Д.С., Костарев Н.А., Труфанова Н.М. Анализ процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине при использовании призабойных нагревателей // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2019. № 30. C. 211–226. DOI: 10.15593/2224-9397/2019.2.13.
- Пинягин Д.С., Труфанова Н.М., Костарев Н.А. Численное исследование тепловых процессов в скважине с призабойным нагревателем // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2020. № 36. C. 48–62. DOI: 10.15593/2224-9397/2020.4.03.
