Исследование особенностей работы дросселя на двухфазной смеси (нагнетание пара)

Содержание

Введение

Глава 1. Научно-технические основы регулирования двухфазных потоков в паронагнетательных системах

1.1. Роль отечественных научных школ в изучении гидродинамики многофазных сред на месторождениях

1.2. Классификация и конструктивные особенности современных дросселирующих устройств

1.3. Законодательные требования к надежности арматуры высокого давления в нефтегазовой отрасли

Глава 2. Исследование влияния параметров закачки на эксплуатационную надежность устьевой арматуры

2.1. Моделирование профиля давления и температуры при переходе через регулирующий штуцер

2.2. Промысловый анализ эффективности распределения пара на кустовых площадках

2.3. Диагностика технического состояния дросселей в процессе эксплуатации на месторождениях РФ

Глава 3. Повышение эффективности теплового воздействия за счет модернизации систем штуцирования

3.1. Расчетное обоснование выбора материалов для работы в условиях высокотемпературной пароводяной смеси

3.2. Разработка алгоритма автоматизированного подбора диаметра дросселя при заданном паросодержании

3.3. Оценка промышленной безопасности и экологических аспектов предлагаемых технических решений

Глава 4. Методики подбора штуцеров

4.1. Методики подбора штуцеров для однофазного потока

4.2. Методики подбора штуцеров для двухфазного потока

4.3. Выбор лучшей методики

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Исследование особенностей работы дросселя на двухфазной смеси (нагнетание пара)

Специальность: 21.02.01 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена значительной долей трудноизвлекаемых запасов высоковязких нефтей в структуре ресурсной базы Российской Федерации и необходимостью совершенствования технологий теплового воздействия на продуктивные пласты. По данным Министерства энергетики РФ, запасы тяжелых и высоковязких нефтей составляют более 35% от общих балансовых запасов углеводородного сырья страны, при этом основная их часть сосредоточена в месторождениях Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, Западной Сибири и Тимано-Печорской провинции. Разработка таких месторождений требует применения методов повышения нефтеотдачи пластов, среди которых паротепловое воздействие признано одним из наиболее эффективных и технологически отработанных способов снижения вязкости пластовой нефти и увеличения коэффициента извлечения нефти. Внедрение парогенераторных установок и систем нагнетания пара в пласт сопровождается необходимостью точного регулирования параметров двухфазного потока пароводяной смеси, что достигается применением специализированной устьевой и скважинной арматуры, прежде всего дросселирующих устройств.

Особенности функционирования дросселей при транспортировке двухфазных сред определяются сложными гидродинамическими и теплофизическими процессами, протекающими в условиях высоких давлений и температур. Неправильный подбор диаметра штуцера, некорректный учет паросодержания смеси, недостаточная надежность конструкционных материалов приводят к преждевременному выходу оборудования из строя, неравномерному распределению теплоносителя по нагнетательным скважинам, снижению эффективности теплового воздействия и возникновению аварийных ситуаций. Согласно статистике Ростехнадзора, до 20% отказов оборудования паронагнетательных систем на месторождениях тяжелых нефтей связаны с эрозионным износом и разрушением дроссельных узлов, что обусловливает высокую актуальность исследований в области оптимизации работы регулирующей арматуры.

Степень разработанности проблемы в отечественной науке и технике характеризуется наличием фундаментальных работ ведущих научных школ Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина, Уфимского государственного нефтяного технического университета, ТатНИПИнефти, СибНИИНП и других профильных организаций. Исследования В.Д. Лысенко, Р.Н. Дияшева, А.Т. Горбунова, Ю.В. Зейгмана, Н.Н. Михайлова заложили теоретические основы гидравлики двухфазных потоков в нефтепромысловых системах и методологию расчета дросселирующих устройств. Вместе с тем, современные требования к энергоэффективности и промышленной безопасности, появление новых конструкционных материалов и средств автоматизации технологических процессов обуславливают необходимость дальнейшего совершенствования методик подбора штуцеров для систем парового воздействия с учетом реальных режимов эксплуатации месторождений.

Цель выпускной квалификационной работы состоит в исследовании особенностей работы дросселя на двухфазной пароводяной смеси и разработке технических решений, направленных на повышение эффективности систем парового воздействия на продуктивные пласты.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать научно-технические основы регулирования двухфазных потоков в паронагнетательных системах на основе работ отечественных исследователей и действующей нормативной базы;
• исследовать конструктивные особенности современных дросселирующих устройств и требования федеральных норм и правил к эксплуатации арматуры высокого давления;
• провести моделирование профиля давления и температуры при переходе двухфазной смеси через регулирующий штуцер с учетом паросодержания;
• выполнить промысловый анализ эффективности распределения пара на кустовых площадках месторождений с применением тепловых методов;
• разработать алгоритм автоматизированного подбора диаметра дросселя при заданном паросодержании и обосновать выбор конструкционных материалов;
• оценить промышленную безопасность и экологические аспекты предлагаемых технических решений в соответствии с требованиями природоохранного законодательства.

Объектом исследования являются системы нагнетания пара в продуктивные пласты месторождений тяжелых и высоковязких нефтей, включающие парогенераторные установки, паропроводы, устьевую арматуру нагнетательных скважин и дросселирующие устройства.

Предметом исследования выступают гидродинамические и теплофизические процессы, протекающие при дросселировании двухфазной пароводяной смеси, закономерности изменения параметров потока и эксплуатационная надежность регулирующей арматуры.

Методологическая база работы включает теоретические основы гидродинамики многофазных потоков, термодинамики фазовых переходов, прикладной математики и численного моделирования. В качестве теоретической основы использованы труды российских ученых в области разработки месторождений углеводородов и нефтепромыслового дела. Расчетные методы базируются на применении уравнений сохранения массы, импульса и энергии для двухфазных сред, а также эмпирических корреляций для определения режимов течения и теплообмена. Нормативную базу составляют Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности, ГОСТы и стандарты организаций нефтяных компаний.

Научная новизна работы заключается в уточнении методики расчета гидравлических потерь при дросселировании двухфазных пароводяных смесей с учетом реального паросодержания и скоростей сдвига, а также в разработке алгоритма оптимального подбора диаметров штуцеров для обеспечения требуемого распределения теплоносителя по нагнетательным скважинам кустовой площадки.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации и обобщении данных о гидрод

…