Попутный нефтяной газ — углеводородный газ, находящийся в нефтяном пласте чаще в растворенном состоянии и выделяющийся из нефти в свободное состояние при снижении давления. Компонентный состав газа: горючие компоненты –это метан и его гомологи (этан, пропан, бутан, пентан, гексан), негорючие компоненты –это азот, кислород, углекислый газ, сероводород, гелий.Составы газов различных месторождений могут существенно отличаться.
Свободный газ наибольшую проблему создает в скважинах оснащенных глубинными насосами с пакером. Это может быть при одновременно раздельной эксплуатации пластов и в скважинах, в которых проблема негерметичности решена установкой пакеравыше насоса.Свободный газ в скважинах с УЭЦН приводит с снижению производительности, напора,к.п.днасосного агрегата, и даже к срыву подачи. В скважинах с насосами объемного принципа действий свободный газ приводит ухудшению работы клапанов, снижению коэффициента наполнения, соответственно производительности и к.п.д.
В отечественной и зарубежной практике газ отводится из подпакерного интервалапо трубопроводам малого диаметра (диаметр канала 6-8мм) проходящим параллельно и располагающимся на внешней поверхности колонны насосно-компрессорных труб. Это могут быть трубопроводы из нержавеющей стали или полимерные армированные. Газ отводится в верхние интервалы над пакеромзатрубного пространства или в выкидной колллектор, когда трубопровод проходит через устьевую арматуру.
Неосушенный попутный нефтяной газ проходя по каналу отводящего трубопровода может образовывать гидраты, что особенно вероятно в интервалах вечной мерзлоты и на поверхности в зимний период. Поэтому при проектированиикомпоновки с трубопроводом для отвода попутного нефтяного газа важно знать пропускную способность по газу для конкретных условий эксплуатации. С этой целью была построена модель установившегося неизотермического движения газа.
Рассматриваемая задача, имеет следующие особенности.Диапазон изменений давления и температуры вдоль оси трубопровода весьма широк. Причем, эти изменения по глубине скважины, могут быть далеки от линейного закона. Как следствие, приходится определять параметры отводимого газа для каждой точки трубопровода, в зависимости от давления и температуры потока. Принять параметры газа постоянными и равными некоторому усредненному значению, как это часто делается, здесь нельзя. Кроме того, отводится смесь газов, состав которой может изменяться, поэтому для определения параметров газа здесь применяются наиболее универсальные по отношению к составу методики.
Еще одна особенность в постановке задачи –толщина стенки сопоставима с диаметром канала трубопровода, поэтому приходится решать сопряженную тепловую задачу для определения температуры внутренней поверхности трубопровода малого диаметра.
Движение газа описывается системой уравнений стационарного неизотермического течения:
Эти уравнения являются следствием законов сохранения энергии и импульса, а также условия неразрывности потока для установившегося течения. Следует пояснить, что здесь в (1) сечение трубы принимается постоянным, а поток одномерным (т.е. все параметры потока в плоскости перпендикулярной оси трубысчитаются неизменными). Учитывается тепловой поток через стенку трубы, а теплопроводностью вдоль оси трубопровода пренебрегаем. Потери на гидравлическое сопротивление принимаются согласно закону Дарси-Вейсбаха.
Плотность газа связана с температурой и давлением газа уравнением состояния реального газа:
Уравнения (1), вместе с (2), (3), (6), (8) и представлением термодинамических параметров газа как функций температуры и давления, представляют собой задачу Коши, которая решается классическим методом Рунге-Кутта четвертого порядка точности.
Предложена математическая модель стационарного неизотермического течения нефтяного попутного газа, в трубопроводе малого диаметра. Данная модель позволяет,используя метод стрельбы, определять максимальную пропускную способность трубопровода, проводить его технологический расчет, учитывая компонентный состав газа, теплопроводность стенок отводящего трубопровода.[schema type=»book» name=»МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УСТАНОВИВШЕГОСЯ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ НЕФТЯНОГО ПОПУТНОГО ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ МАЛОГО ДИАМЕТРА С ТОЛСТОЙ СТЕНКОЙ» author=»Шайдаков Владимир Владимирович, Сухоносов Артем Львович, Людвиницкая Алла Ринатовна, Джафаров Риад Джахидович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-21″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]