Чисельні моделювання течії технологічної рідини у трубах колтюбінгової установки

Abstract

На сьогоднішній день одним із сучасних напрямків є використання технологій колтюбінгу та вдосконалення складу промивних агентів (рідин). Розглянуто особливості технологічних ділянок колтюбінгу – спіральне укладання труб, співвідношення основних розмірів гнучких труб, барабана та напрямного сектора. Наявність транспортера труб дає особливу відповідальність задля забезпечення переміщення колони гнучких труб у заданому діапазоні навантажень. Довжина труб сягає 5000 м. Радіальні розміри свердловини 150 мм. Перераховано етапи визначення основних параметрів насосної установки для подачі технологічної рідини до свердловини. При проведенні технологічних операцій насос повинен долати гідродинамічні втрати прямої та зворотної подачі рідини у свердловину. Необхідно враховувати можливість порушення співвісності циліндричних труб. Для проведення технологічних операцій інтенсифікації видобутку нафти використовують багатокомпонентні технологічні рідини. Наявність хімічних та полімерних добавок у рідині істотно впливає на властивості водних та вуглеводневих систем, утворює гелі різної щільності, в'язкості та реології. Відомо, що навіть незначний вміст полімерних добавок у розчині (6–30 г/л) призводить до неньютонівської поведінки промивної рідини в трубах свердловини. У роботі використовуються експериментальні дані, отримані компанією ТОВ "Регіон" України. Для чисельного моделювання гідродинамічних характеристик технологічної рідини використовуються лінійні та нелінійні моделі в'язкої рідини. У всіх випадках розглядався перебіг, що встановився. У зв'язку з тим, що у роботі використовується академічна версія пакету ANSYS CFD з обмеженими можливостями за кількістю осередків, розрахункові області вибрано за спрощеними схемами. Розглянуто схеми: спіраль – напрямна – пряма труба, лише спіральна частина намотування труби на барабан, кільцевий простір між циліндричними трубами з можливим ексцентриситетом. Результати численних досліджень застосовуються для прогнозування гідравлічних коефіцієнтів опору в трубах та характеристик насосного обладнання для подачі технологічної рідини у свердловину. Також результати можна використовувати для перевірочних розрахунків міцності колони гнучких труб для небезпечних перерізів.

Today, one of the modern trends is the use of coiled tubing technologies and improvement of the composition of washing agents (liquids). The features of coiled tubing technological sections are considered – spiral pipe laying, the ratio of the main dimensions of flexible pipes, drum and guide sector. The presence of a pipe conveyor gives special responsibility for ensuring the movement of a string of flexible pipes within a given load range. The length of the pipes reaches 5000 m. The radial dimensions of the well are 150 mm. The stages of determining the main parameters of a pumping unit for supplying process fluid to a well are listed. When carrying out technological operations, the pump must overcome the hydrodynamic losses of direct and reverse fluid supply into the well. It is necessary to take into account the possibility of misalignment of cylindrical pipes. To carry out technological operations to intensify oil production, multicomponent process fluids are used. The presence of chemical and polymer additives in liquids has a significant impact on the properties of aqueous and hydrocarbon systems and forms gels of varying density, viscosity and rheology. It is known that even a small content of polymer additives in the solution (6–30 g/l) leads to non-Newtonian behavior of the washing fluid in the well pipes. The work uses experimental data obtained by Region LLC of Ukraine. For numerical modeling of the hydrodynamic characteristics of a process fluid, linear and nonlinear models of a viscous fluid are used. In all cases, steady flow was considered. Due to the fact that the work uses the academic version of the ANSYS CFD package with limited capabilities in terms of the number of cells, the computational areas were selected using simplified schemes. The following schemes are considered: spiral – guide – straight pipe, only the spiral part of winding the pipe on a drum, an annular space between cylindrical pipes with possible eccentricity. The results of numerous studies are used to predict hydraulic resistance coefficients in pipes and the characteristics of pumping equipment for supplying process fluid to a well. The results can also be used for verification strength calculations of flexible pipe columns for hazardous sections.