Скорость потока для выноса твердых частиц

И действительно, введение нескольких капель ок-танола-1 привело к разделению водонефтяной эмульсии. Особенно наглядно это видно на примере пробы В (рисунок 6.). В случае применения ПАВ поверхность раздела фаз после центрифугирования более четкая. Добавление ПАВ в смеси (нефть + соответствующая проба АСПО) привело к разделению органической и водной фаз. Частицы породы, составляющие механические примеси, полностью перешли в водную фазу и сохранили в ней подвижность, «сыпучесть».

Рекомендации:

Ацетон наилучшим образом растворяет смолы и воду. После обработки ацетоном механические примеси проб (А, Б, В) переходили в водную фазу и становились подвижными, «сыпучими». Легко перемещались.

Применение ПАВ может при существенно меньших затратах перевести механические примеси проб (А, Б,

В) в сыпучее состояние. Однако, окончательное решение можно будет принять по результатам испытаний действия обратного клапана УЭЦН по промывке насоса от накопленных ТВЧ.

Библиографический список

1. Патент RU 2544930 С1. Клапан обратный электроцентробежной установки и способ очистки фильтра на приеме насоса. Заявлено 17.09.2013. Опубликовано 20.03.2015.

2. Рахманько Е.Н., Елашева О.М., Плешакова Н.А. и др. Нефть Юрубчено-Тохомского месторождения в сопоставлении с нефтями Ванкорского месторождения // Технология нефти и газа. № 1. 2011. С. 14-20.

СКОРОСТЬ ПОТОКА ДЛЯ ВЫНОСА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

Булчаев Нурди Джамалайлович

Кандидат тех. наук, доцент, зав.кафедрой РЭНГМИНГ СФУ, г. Красноярск

Высокое содержание твердых взвешенных частиц (ТВЧ) в продукции нефтяных и водозаборных скважин вызывает износ и засорение рабочих органов погружных насосов. Для успешной защиты установок электроцентробежного насоса (УЭЦН) от вредного воздействия механических примесей проводится целый комплекс технологических и технических мероприятий. К технологическим можно отнести регулирование депрессии на пласт (отборов), ограничение водопритоков, крепление призабойной зоны пласта специальными крепящими составами на полимерной основе и др. К техническим относятся работы по разработке и размещению в скважинах различных фильтрующих устройств, уменьшающих концентрацию ТВЧ, попадающих в полость насосного оборудования. Для правильного подбора таких устройств и размера их пор или зазора рабочей поверхности необходимо знать фракционный состав механических частиц.

Гранулометрический анализ взвешенных частиц, выносимых из пласта и накапливаемых в рабочих колесах УЭЦН, производился по Ванкорскому нефтяному месторождению, а именно по Долганской и Насоновской свитам.

Гранулометрический анализ предусматривает определение количественного содержания в породе частиц различных размеров [1]. Для Долганской свиты результаты определения гранулометрического состава пород были получены по 8-ми скважинам, а для Насо-новской свиты - по 1 -й.

По разведочным скважинам фракционный состав определялся ситовым методом (ГОСТ 12536-79). Высушенный образец дезинтегрировался и обрабатывался 10%-ным раствором соляной кислоты для удаления карбонатов. После этого бескарбонатная порода очищалась от глинистой фракции, затем высушивалась и рассеивалась на ситах.

Кроме этого по эксплуатационным скважинам определение процентного содержания частиц различной крупности, входящих в состав горной породы, проводилось методом светового сканирования с помощью лазерного анализатора размера частиц. Данный метод позволяет регистрировать частицы от 1,408 до 0,000289 мм.

Используется эффект рассеивания света от пучков лазера, проходящих через поток частиц. Величина и направление рассеивания света частицами измеряется массивом оптических детекторов и затем анализируется в программном комплексе.Путем обработки 82 проб керна из 8 скважин Долганской свиты и 14 проб керна из 1 -й скважины Насоновской свиты были получены распределения частиц по весу.

Данные распределения позволяют определить диапазон размеров частиц керна, а также визуально оценить, какой диаметр щели (сетки) фильтра необходим для задержания основной массы частиц. Получилась существенная дисперсия распределения частиц по размерам. Измерения показали отсутствие корреляции гранулометрического состава с глубиной.

Анализ минерального состава твердых осадков, извлеченных из рабочих колес УЭЦН, также показал, что в проточной части полости насосов количество механических примесей в виде кварцевого песка колеблется в пределах от 10 до 89%. Следует сказать, что состав твердых осадков носит комплексный характер и включает элементы, входящие в различные соли неорганического происхождения. Гранулометрический состав как для каждой из свит, так и для проб одной свиты, отобранных с разной глубины, представлены неоднородным составом. Графически распределения частиц по каждой из свит представляют пучки однообразных кривых. Поэтому приведены усредненные данные характеристик для каждой свиты (рис.1).

Наибольший интерес при решения проблем, связанных с высоким пескопроявлением в продукции скважин, представляет комбинированный фильтр, в котором совмещены функции сетчатого (проволочного) и гравитационного фильтров одновременно [2]. Изучение процессов движения жидкости и входящих в нее твердых частиц в гравитационной части фильтра позволяет находить его оптимальные параметры: длину и диаметр патрубка, вместимость ловильной камеры (контейнера).

Теоретически, допустив, что все твердые частицы представляют собой шаровидные тела, можно получить для них соответствующие скорости их витания в восходящем потоке жидкости, подобрать геометрические раз-

меры частей гравитационного сепаратора. Например, опираясь на формулу Стокса для определения скорости витания частицы, можно определить диаметр патрубка гравитационного фильтра (сепаратора).

~7

А

100

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

150

Размер частиц, мкм

-Долган

Насон I

Рис. 1 -Осредненные кривые распределения частиц для каждой из свит

Рис.2 - Схема движения жидкости в гравитационной части комбинированного фильтра.

Математическое описание движения песчинки, когда скорость её осаждения равна скорости восходящего потока общеизвестно. Такая скорость именуется «скоростью витания частицы» [3]:

^(Ртв-Рж:>

4G

ив =.

• и •

Л •

Св-Рж пда2-а2) Из неравенства (11) получим:

СВ • рж

d2 < в2

где g - ускорение свободного падения, можно принять g = 9,81 м/с2;

рТВ и рж - плотности песчинки и жидкости соответственно;

СБ - коэффициент сопротивления пластовой жидкости перемещению песчинки.

Очевидно, что скорость выноса частицы вверх должна быть больше скорости (1).

Для скорости потока в кольцевом пространстве между стенками контейнера и наружной стенкой патрубка (рис.2) при постоянном расходе G имеем выражение:

N

G2722Цж2

РтЕ Рж ?

ипот. =

4G

Полученная формула позволяет подобрать диаметр патрубка для создания такой скорости потока в кольцевом пространстве, чтобы частицы, размеры которых больше, чем d, оседали на дно ловильной камеры (контейнера), а более мелкие частицы двигались с потоком жидкости дальше и через продольные каналы попадали в следующую ступень, где тоже имеется ловильная камера. В следующей секции (ступени) диаметр патрубка подбирается по аналогичной методике, т.е. по формуле (4).

300

250

200

100

50

0

3

Зная гранулометрический (фракционный) состав механических примесей, можно для частиц каждого класса крупности подобрать параметры секции фильтра для осаждения твердой фракции в соответствующей ло-вильной камере (контейнере).

В реальных условиях из-за неправильной формы частиц, разной обтекаемости, их взаимного влияния друг на друга скорость выноса будет отличаться от теоретической.

Для того, чтобы определить при какой реальной скорости движения жидкости вверх твердые частицы определенного диаметра и массы будут выноситься, а какие оседать, были проведены лабораторные исследования.

Схема лабораторной установки для определения скорости уноса частиц песка для Насоновской свиты представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Схема лабораторной установки для определения скорости уноса частиц песка для Насоновской свиты: 1-емкость с насосом; 2-трубопровод; 3-расходомер; 4-механические примеси (насыпь); 5-стекляная труба; 6-мерная стеклянная трубка; 7-запорная арматура.

Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Низ стеклянной трубки был заполнен ТВЧ, через которые подавалась насосом вода с различным расходом, обеспечивающим различные скорости восходящего потока. После каждой промывки трубы водой в течение 1 минуты подача воды прекращалась, и визуально измерялось количество оставшейся насыпи песка в нижний части стеклянной трубы. Постепенное увеличение скорости прокачки воды приводило к уменьшению высоты насыпи вплоть до полного её исчезновения. При скорости воды в трубе 0,56 м/с происходил полный вынос твердых взвешенных частиц (ТВЧ) из трубы. Условный

диаметр частиц песка определялся по фракционному составу песка Насоновской свиты месторождения. Весь объём песка состоял из частиц размером от 0 до 350 мкм и составлял 100% (рис.4). После первой промывки песка водой с минимальной скоростью унеслось, допустим 15% объема песка. По оси ординат находилась отметка, составляющая 85% и проводилась горизонталь из середины интервала 0.. .15% до пересечения с кривой на графике. Абсцисса точки пересечения позволяет получить условный диаметр частиц. В расчет принималось среднеарифметическое значение диаметра частиц в полученном диапазоне и т.д.

Рис.4 - Распределение веса ТВЧ по диаметру для Насоновской свиты

1,5-10 3,0-10"

Условный диаметр ТВЧ, м Рис.5 - Зависимость скорости уноса ТВЧ от условного диаметра частиц

В результате эксперимента была установлена зависимость скорости выноса ТВЧ от их крупности на забойных участках водозаборных скважин, показавшая её параболический характер (рис.5):

w = К • м / с

где - К=6,2 105, (мс)-1; dn-условный диаметр ТВЧ, м.

Расположение точек по заданным значениям размеров частиц показало, что значения скорости возрастают. Апроксимирование координат показало, что это есть квадратичная зависимость между W и d.

Эксперименты позволили получить также зависимость коэффициента сопротивления ТВЧ при осаждении в жидкости.

Сп =

Re =

D , гДе

Re

р и ц - плотность и динамическая вязкость жидкости.

В (6) числитель 31,5 превышает величину 24, характерную для сферической формы частицы, что связано с неправильной формой реальных ТВЧ.

Формула (3) позволяет рассчитать условный диаметр ТВЧ ^п) на входе в фильтр в зависимости от средней скорости потока воды в скважины и подбирать ячейки фильтрующего элемента. В соответствие с известным соотношением, поперечный размер ячейки должен составить около 3dn.

С учетом всех особенностей эксплуатируемых пластов и добываемой продукции расчет комбинированного

фильтра дает возможность рассчитать и планировать его параметры: диаметры и длины ловильных камер и соответствующих патрубков, размеры и геометрию пор или щелей наружной сетки и промежуточного каркаса. Расчет времени заполнения ловильных камер или контейнеров позволит совместить работу по демонтажу и очистке фильтров с проведением различных геолого-технических мероприятий, предусмотренных в технологических регламентах нефтяных компаний.

Список литературы

1. Шашкин М.А. Применяемые в ТПП «Лангепаснеф-тегаз» методы защиты для снижения негативного влияния механических примесей на работу ГНО. Инженерная практика, №2, 2010. С. 26-30.

2. Булчаев Н.Д., Минеев А.В. Стендовые испытания комбинированного фильтра для очистки пескосо-держащей нефти/ Газовая промышленность. - 2011. - №6 - С.78-80.

3. Альтшуль А. Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Издательство литературы по строительству. М.1965, С 274.

О РАЗРАБОТКЕ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

Гончаров Михаил Олегович

Магистрант, СГАУим. Н.И. Вавилова, г. Саратов

АННОТАЦИЯ

Рассматриваются вопросы методики построения математической модели, позволяющей прогнозировать изменение качества подземных вод, в зависимости от техногенных воздействий и естественных природных процессов, на основании известных результатов измерений. Используется вероятностный подход, теория нечетких множеств с элементами многопараметрического анализа. Определены некоторые композиции воздействий, наиболее существенно влияющие на состав воды в подземных водоемах.

ABSTRACT

Examines the methodology of constructing a mathematical model that allows to predict the change of groundwater quality, depending on anthropogenic impacts and natural processes, based on known measurements. Used a probabilistic approach, _ fuzzy set theory with elements of multivariate analysis. Identified some composition effects, most significantly affecting the composition of water in the underground reservoirs.

Ключевые слова: математическая модель, качество подземных вод

Keywords: the mathematical model, groundwater quality

Вопрос прогнозирования динамики химического и микробиологического состава подземных вод в процессе в современных условиях имеет крайне важное значение, так как имеют место существенные климатические изменения и резко возросла техногенная нагрузка на окружающую среду. Воды подземных горизонтов являются основным источником не только питьевой воды, но и пресной воды для технических нужд. В частности, качество воды в родниках, широко используемой населением, прямо зависит от качества подземных вод.

Саратов расположен в зоне Саратовского и Сызран-ского водоносных горизонтов, которые принадлежат к Лысогорскому массиву. Глубина залегания Саратовского водоносного слоя всего 5-10 м., в то время как Сызран-ского -30-70 м. Питание водоносных горизонтов происходит во многом за счет инфильтрации атмосферных осадков и, следовательно, на качество воды существенное влияние оказывают антропогенные факторы. Граничные геолого-гидрологические условия горизонтов являются

определяющими для формирования химического состава воды, ее физических и микробиологических характеристик. Например, зона аэрации в районе Лысогорского массива, Алтынной горы состоит из пород с хорошей водопроницаемостью: песчаников, опоки, песка, трещиноватых песчаников.

При составлении геологического паспорта водоносного горизонта, как правило, учитывается изменение концентраций веществ в результате диффузионно-дисперсионных процессов и конвекции. Однако, в процессе эксплуатации необходимо читывать и большое количество дополнительных факторов.

Имеющиеся методы физико-химического моделирования позволяют проводить только грубые прогнозные расчеты, так как не разработаны методик определения некоторых параметров, необходимых для построения более точных моделей [5-7].