Експериментальні та чисельні дослідження в гнучких трубах колттюбінгових установок з обліком реології технологічної рідини

Abstract

Актуальним напрямом економічного розвитку країни є інтенсивне нарощування видобутку вуглеводнів на території України, запровадження нових сучасних технологій та підвищення ефективності роботи енергетичного обладнання. Одним із сучасних напрямів, що використовуються в нафтогазовій промисловості, є застосування спеціалізованого обладнання установок колтюбінгу. Також з розвитком технологій буріння свердловин та інтенсифікації видобутку нафти з'являються сучасні багатокомпонентні промивальні (технологічні) рідини. Потреба в полімерах заснована на їх здатності впливати на властивості водних і вуглеводневих систем і утворювати гелі різної щільності, в'язкості та реології. Полімерні системи набули широкого поширення за рахунок високих очисних, транспортуючих та утримуючих властивостей. Широко відомі полімерні системи технологічних розчинів на основі ксантанової камеді. Розглянуто узагальнену інформацію про реологічні показники рідин, що використовуються для інтенсифікації роботи нафтогазових свердловин. Основними реологічними показниками досліджуваної рідини є напруга зсуву та швидкість деформації середовища. Ці показники визначаються за допомогою ротаційного віскозиметра OFITE 900. Представлені результати кспериментальних досліджень властивостей водного розчину з різними концентраціями ксантанової камеді від 0,6 до 8 г/л. Дослідження показало, що водний розчин з камеді створює неньютонівську поведінку рідини. Коефіцієнти реологічної моделі розчину були отримані шляхом апроксимації лабораторних даних. Для чисельного моделювання гідродинамічних характеристик полімерної системи використовуються нелінійна модель в'язкої рідини та модель із запровадженням ефективної в'язкості. Результати досліджень показників реології полімерної системи застосовуються для визначення режиму перебігу рідини, прогнозування гідравлічних коефіцієнтів опору в трубах та енергетичних характеристик насосного обладнання для подачі технологічної рідини у свердловину. Представлені експериментальні та розрахункові залежності впливу полімерних добавок на опір руху рідин у гнучких трубах колтюбінгової установки. Проведено аналіз експериментальних та численних гідродинамічних досліджень. Для чисельного моделювання гідродинаміки неньютонівської поведінки рідини у трубах використовується відкрита інтегрована платформа OpenFOAM.

The current direction of the country's economic development is an intensive increase in hydrocarbon production on the territory of Ukraine, the introduction of new modern technologies and an increase in the efficiency of power equipment. One of the modern directions used in the oil and gas industry is the use of specialized equipment for coiled tubing units. Also, with the development of well drilling and oil production intensification technologies, modern multicomponent flushing (process) waters appear. The need for polymers is based on their ability to influence the properties of aqueous and hydrocarbon systems and form gels of different density, viscosity and rheology. Polymer systems are widely used due to their high cleaning, transporting and holding properties. Widely known polymer systems of technological solutions based on Xanthan Gum. Generalized information about the rheological parameters of fluids used to intensify the work of oil and gas wells is considered. The main rheological indicators of the studied liquid are the shear stress and the strain rate of the medium. These indicators are determined using an OFITE 900 rotational viscometer. The results of experimental studies of the properties of an aqueous solution with different concentrations of Xanthan gum from 0.6 to 8 g/l are presented. The study showed that an aqueous solution of gum creates a non-Newtonian behavior of the liquid. The coefficients of the rheological model of the solution were obtained by approximation of laboratory data. To simulate the hydrodynamic characteristics of a polymer system, a nonlinear viscous fluid model and a model with the introduction of effective viscosity are used. The results of studies of rheology indicators are used to determine the fluid flow regime, predict the hydraulic resistance coefficients in pipes and the energy characteristics of pumping equipment for supplying process fluid to the well. Experimental and calculated dependences of the influence of polymer additives on the resistance to the movement of liquids in coiled tubing of a coiled tubing unit are presented. The analysis of experimental and numerous hydrodynamic studies has been carried out. For numerical simulation of the hydrodynamics of non-Newtonian behavior of fluid in pipes, the open integrated platform OpenFOAM is used.