Численное моделирование тепловых процессов в скважинах с многоколонной конструкцией

• Автор: Зайцев, Денис Борисович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 97 с. : ил

Оглавление
Введение

1. Постановка задачи

1.1. Обозначения

1.2. Основное уравнение и краевые условия

1.3. Условия на глубинах нарушений герметичности.

1.4. Начальное условие.

1.5. Определение решения.

1.6. Определение обобщнного решения.

2. Разностная аппроксимация

2.1. Основные обозначения

2.2. Аппроксимация уравнения конвективного переноса
2.3. Аппроксимация остальных уравнений.
2.4. Корректность поставленной разностной задачи.
2.5. Решение полученной системы линейных уравнений.
3. Вычислительный эксперимент
3.1. Комплекс программ.
3.2. Анализ условий применимости разностной схемы методом вычислительного эксперимента
3.2.1. Прохождение фронта закачиваемой жидкости.
3.2.2. Квазистационарное распределение температуры при закачке жидкости через герметичную НКТ
3.2.3. Квазистационарное распределение температуры при
закачке жидкости в скважину с нарушенной герметичностью
3.2.4. Вывод
3.3. Практические результаты моделирования.
3.3.1. Радиальный градиент температуры в НКТ при закачке и отборе.
3.3.2. Инверсия радиального градиента.
3.3.3. Сравнение с решением Э.Б. Чекалюка.
3.3.4. Сравнение с решением В.Ф. Назарова.
3.3.5. Несколько нарушений герметичности в колонне
3.3.6. Расчт температуры при наличии пластов с различными тепло физически ми свойствами
3.3.7. Восстановление температуры после прекращения закачки
3.3.8. Выводы.
Заключение
Литература


В работах [2], [] получено приближённое решение задачи о влиянии встречных потоков на распределение температуры в бурильных трубах (поток жидкости в трубах направлен вниз, между трубами и породой - вверх). Общим условием для всех вышеперечисленных работ, за исключением [], является исправное техническое состояние скважины. Впервые распределение температуры вдоль ствола скважины при закачке жидкости в скважину с нарушенной герметичностью эксплуатационной колонны теоретически исследуется в работе []. Однако в ней не учитывается радиальный градиент температуры в НКТ и межтрубном (между НКТ и эксплуатационной колонной) пространстве, т. В некоторых работах по изучению теплового поля при закачке ([], []) используется идея о так называемом радиусе теплового влияния. В этом случае задача сводится к решению интегро-дифференциального уравнения в частных производных 1-го порядка, получено её аналитическое решение. В другой группе работ ([1], [4]) рассматривается система дифференциальных уравнений, описывающих распределение температуры в стволе скважины и окружающих породах. При различных допущениях получены либо асимптотические решения для больших и малых времён, либо численное решение задачи. Теоретическое исследование нестационарного распределения температуры в системе скважина - пласт при нарушенной герметичности колонн, составляющих скважину, а также при отсутствии нарушений герметичности. Задача ставится и решается в осесимметричной области, включающей скважину и окружающие породы, для установившихся ламинарных потоков жидкости в предположении мгновенного выравнивания температуры по сечению колонны при поступлении в неё жидкости извне. Заколонное движение жидкости не учитывается. Разработка математической модели распределения температурных полей в добывающих и нагнетательных скважинах, как оборудованных, так и не оборудованных НКТ, в режиме закачки, отбора или в остановленном состоянии. Изучение особенностей распределения температуры по стволу НКТ после прекращения закачки или отбора, вызванных одним или несколькими нарушениями герметичности как в НКТ, так и в эксплуатационной колонне, либо вызванных изменениями теплофизических свойств окружающих скважину пластов пород. Оценка времён, через которые можно зарегистрировать прибором, находящимся в НКТ, аномалии температуры в межтрубном пространстве и в заколонном пространстве после прекращения движения жидкости. Математическая постановка реальной физической задачи осуществлена с помощью уравнений математической физики и механики сплошной среды. При построении разностной аппроксимации обобщённой задачи использовалась теория разностных схем. Для решения полученной системы линейных уравнений применены численные методы решения СЛАУ. Впервые поставлена и исследована осесимметричная задача о распределении температуры в системе скважина-пласт с одновременным учётом четырёх факторов: изменения температуры в зависимости от расстояния до оси скважины; нарушений герметичности НКТ и/или эксплуатационной колонны; перемешивания жидкости в трубе по её сечению при поступлении в нес жидкости извне; конечных толщин стенок НКТ и эксплуатационной колонны. Разработан комплекс программ, позволяющий проводить расчёты температуры в системе скважина-пласт при различных режимах работы скважины и различных физических параметрах среды, при этом предложена специальная разностная схема, которая позволяет, как показал вычислительный эксперимент, уменьшить объём вычислительной работы (если в ячейках, примыкающих к точкам разрыва скорости жидкости, выполняется условие Куранта). НКТ, аномалии температуры в межтрубном пространстве и в заколонном пространстве после прекращения движения жидкости. Результаты внедрены в ОАО «Бапшефтегеофизика» в - гг. Глава 1. Все потоки ламинарны. Это предположение может быть верно только при дебитах закачки или отбора через НКТ до м3/сут или при дебитах закачки или отбора через колонну до м3/сут. Переток из одной трубы в другую через дырку вызывает мгновенное перемешивание жидкости на глубине дырки; жидкость, вытекающая через нарушение герметичности колонны в окружающие пласты пород, мгновенно принимает температуру пласта.