Уникальные научные установки

Термогидродинамический стенд для моделирования многофазных неизотермических потоков

 Адрес: 
 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32
 
Руководитель работ:
Яруллин Рашид Камилевич,
директор ИЦ "Технопарк БашГУ":
кандидат физико-математических наук, доцент
телефон: (347) 229-96-10
 
Базовая организация:
Башкирский государственный университет
 
ИНФОРМАЦИЯ ОБ УНУ
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
    Наиболее значимые научные результаты исследований, выполненных с использованием УСУ за 2008 - 2013годы:
  • установлен факт и условия термогравитационного расслоения потока и образования застойных зон в стволе горизонтальной скважины при знакопеременной траектории ствола;

  • определены критические параметры расслоения водо-нефтяного 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 вносятся существенные корректировки в конструкцию приборов 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 нефте-газовых месторождений с применением гризонтальных и наклонно-направленных скважин.
 
 
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕНДА
 
  1. Размер площадей занимаемых стендом: основное помешение - 100 м2, вспомогательные помещения – 40 м2.

  2. Общая длина – 15 м, диаметр труб 150 мм.

  3. Коэффициент загрузки УСУ - более 0.75

 
Стенд обеспечивает моделирование термогидродинамических процессов в условиях многофазного неизотермического потока, характерного для действующих скважин с горизонтальным окончанием. Внешний вид стенда и его гидродинамическая схема приведены на рис. 1 и 2.
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, (рис.3). Наличие 4 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».. (рис. 4, 5, 6).

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. Результат исследования неизотермического однофазного потока на входе стенда и в интервале смешения, приведен на рис. 7. 

 

Рис. 1. Общий  вид стенда с системой разводки рабочих флюидов и подъемных домкратов.

 

Рис. 2. Макет интервала перфорации и гидродинамическая схема подачи рабочих флюидов.

 

Рис. 3. Сканеры потока. 1 – комплексный датчик Т+состав, 2 – система регистрации данных на базе модулей NI,
3 - сальниковое уплотнение, 4 – зажим для датчика, 5 – программно управляемый шаговый двигатель с редуктором,
6 – винтовой вал, 7 – блок синхронного управления двигателями

 

Рис.4. Рабочая станция «Вулкан» с системой протяжки и позиционирования скважинных приборов на стенде.

 

А) Б) В) Г)
Рис. 5. Тестирование скважинного прибора в вертикальном и наклонном стволе в условиях двухфазного потока
при различном соотношении расходов фаз.

 

Рис. 6. Комплексный скважинный прибор, помещенный в горизонтальный стенд для поведения тестирования
в условиях многофазного неизотермического потока.

 

а) Термогравитационное расслоение «холодного»  и «горячего» потока на входе стенда. 

б) Зона смешения потоков в интервале перфорации

 Рис.7. Результаты исследования неизотермического потока, поведенные на стенде
с применением термосканера ДПТС-13 и оптически контрастных жидкостей.