Термогидродинамический стенд для моделирования многофазных неизотермических потоков

Адрес: 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Руководитель работ — Яруллин Рашид Камилевич, директор ИЦ «Технопарк БашГУ».

Телефон (347) 229-96-10, e-mail: rkuf@yandex.ru.

Стенд обеспечивает возможность моделирования и экспериментального изучения физических процессов в условиях многофазного неизотермического течения характерного для действующих горизонтальных скважин.

На стенде изучаются:

• особенности структуры течения при различной траектории ствола скважины;
• характерные температурные поля;
• локальные скорости потока в интервале притока;
• режимы течения в одно и многофазном потоке.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ:

• исследования структуры многофазных потоков;
• исследование и разработка специализированных датчиков для работы в многофазных средах;
• тестирование специальной скважинной аппаратуры;
• разработка методики исследований и алгоритмов интерпретации материалов геофизических исследований действующих горизонтальных скважин.

Результаты исследований

• установлен факт и условия термогравитационного расслоения потока и образования застойных зон в стволе горизонтальной скважины при знакопеременной траектории ствола;
• определены критические параметры расслоения водонефтяного потока в стволе горизонтальной скважины;
• установлен факт возникновения обратных течений в режиме расслоенного течения;
• разработаны алгоритмы обработки и интерпретации данных с приборов с распределенными датчиками;
• совместно с ОАО «Башнефтегеофизика» разработана и внедряется отечественная технология геофизического сопровождения эксплуатации горизонтальных скважин на месторождении «Ванкор» ОАО «НК Роснефть»;
• совместно с ТННЦ ОАО «ТНК-ВР» разработана и внедряется отечественная технология геофизических исследований на Верхнечонском нефтегазоконденсатном месторождении в Восточной Сибири;
• разработано ТЗ на ОКР и изготовлен промышленный макет специальной скважинной аппаратуры для исследования действующих горизонтальных скважин.

С 2007 года на стенде проводится тестирование всего парка специальной скважинной аппаратуры, разработанного ранее и разрабатывающегося на территории РФ, предназначенного для исследования действующих горизонтальных скважин. По результатам тестирования в конструкцию приборов вносятся существенные корректировки, значительно повысившие конкурентные показатели аппаратуры.

В проведении исследований в качестве организаций-пользователей уникального стенда принимают участие ведущие предприятия отрасли: Московский научный центр «Шлюмберже», «Газпромнефть НТЦ», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Башнефтегеофизика», ОАО НПФ «Геофизика», ЗАО ПГО «Тюменьпромгеофизика», ООО «ТННЦ» ОАО «ТНК-ВР Менеджмент», ООО «Нефтегазгеофизика», ООО «Геотрон» и др.

На основании проводимых исследований разрабатываются требования к специальной скважинной аппаратуре для исследования действующих горизонтальных скважин, разработаны и опробованы макеты датчиков и отдельные узлы скважинных приборов. По результатам обобщения физических экспериментов на уникальном гидродинамическом стенде и путем проведения опытно-методических работ на скважинах создается отечественная технология геофизического контроля эксплуатации нефтегазовых месторождений с применением горизонтальных и наклонно-направленных скважин.

Основные характеристики стенда:

• размер площадей, занимаемых стендом: основное помещение — 100 кв. м, вспомогательные помещения — 40 кв. м;
• общая длина – 15 м, диаметр труб – 150 мм;
• коэффициент загрузки УСУ — более 0,75.

Стенд обеспечивает моделирование термогидродинамических процессов в условиях многофазного неизотермического потока, характерного для действующих скважин с горизонтальным окончанием.

Отличительная особенность стенда от известных аналогов — возможность произвольного изменения конфигурации трубы в вертикальной плоскости с помощью подъемных домкратов и моделирование локальных притоков через макет интервала перфорации.

Стенд оснащен системой подачи рабочих флюидов (вода+минеральное масло+воздух) в произвольной комбинации расходов и с заданной температурой. Объемный расход по жидкости меняется в диапазоне от 0,1 м³/час до 8 м³/час, по газу – до 12 м³/час. Контроль расходных параметров потока ведется 10 независимыми расходомерами, работающими в единой измерительной системе с непрерывной регистрацией данных. Одновременно регистрируются температура и давление на входных линиях.

Для инструментального изучения структуры потока стенд оснащен прецизионными сканерами потока, обеспечивающими измерение температурного поля в потоке и идентификацию состава. Наличие 4-х сканеров, разнесенных по длине стенда и располагаемых в произвольных точках, обеспечивает синхронное сканирование потока с целью изучения термодинамических процессов межфазного теплообмена, режимов течения и структуры потока при знакопеременной траектории ствола и наличии локальных притоков флюида.

Использование стеклянных труб в конструкции стенда и оптического куба с системой быстрого доступа в поток обеспечивает визуальное наблюдение за режимом течения и возможность тестирования датчиков в условиях многофазного неизотермического потока. Эта особенность стенда используется при разработке и тестировании специальной скважинной аппаратуры, предназначенной для исследования действующих горизонтальных и наклонных скважин. Протяжка и позиционирование прибора по длине стенда обеспечивается системой протяжки САППА, включающей малогабаритную лебедку с кабелем, систему управления скоростью протяжки и оптомеханический датчик движения «ЛОТ». Регистрация результатов тестирования ведется на геофизический регистратор «ВУЛКАН» в среде WIN LOG с последующей обработкой исходной цифровой информации в системе «ПРАЙМ».

Для исследования температурных полей и локальных скоростей потока по длине стенда изготовлен уникальный двухплоскостной термосканер ДПТС-13 с распределенными датчиками температуры и скорости, а также система неподвижных измерителей температуры на базе модулей NI- 9211, реализованная в среде Lab View.