tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2021-6-76-89tumnig-990Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTМетодика экспериментального исследования газожидкостного потока с пенообразующими поверхностно-активными веществами в вертикальном каналеThe method for study of vertical gas-liquid flow with foaming agentОгайВ. А.OgaiV. A.

Огай Владислав Александрович, ассистент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

г. Тюмень

Vladislav А. Ogai, Assistant at the Department of Development and Exploitation of Oil and Gas Fields

Tyumen

ogayvlad@mail.ruМусакаевН. Г.MusakaevN. G.

Мусакаев Наиль Габсалямович, д. ф.-м. н., доцент, главный научный сотрудник, Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, профессор кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, Тюменский индустриальный университет

г. Тюмень

Nail G. Musakaev, Doctor of Physics and Mathematics, Associate Professor, Chief Researcher, Tyumen Branch of Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS, Professor at the Department of Development and Exploitation of Oil and Gas Fields, Industrial University of Tyumen

Tyumen

ЮшковА. Ю.YushkovA. Yu.

Юшков Антон Юрьевич, к. т. н., доцент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

г. Тюмень

Anton Yu. Yushkov, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Development and Exploitation of Oil and Gas Fields

Tyumen

ДовбышВ. О.DovbyshV. O.

Довбыш Вадим Олегович, руководитель Центра проектного обучения Высшей инженерной школы EG

г. Тюмень

Vadim O. Dovbysh, Project Manager Training of Graduate School of engineering EG

Tyumen

ВасильевМ. А.VasilevM. A.

Васильев Марк Александрович, аспирант

г. Тюмень

Mark А. Vasilev, Postgraduate

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationТюменский индустриальный университет; Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАНРоссияIndustrial University of Tyumen; Tyumen Branch of Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RASRussian FederationТюменский государственный университетРоссияUniversity of TyumenRussian Federation202125122021067689Copyright © Огай В.А., Мусакаев Н.Г., Юшков А.Ю., Довбыш В.О., Васильев М.А., 20212021Огай В.А., Мусакаев Н.Г., Юшков А.Ю., Довбыш В.О., Васильев М.А.Ogai V.A., Musakaev N.G., Yushkov A.Y., Dovbysh V.O., Vasilev M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/990

Проблема эксплуатации обводняющихся или «самозадавливающихся» жидкостью скважин является одной из наиболее распространенных в области добычи природного газа. Для стабильной работы таких скважин в мировой и отечественной практике активно применяют технологии ввода в скважину пенообразующих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Эффективное использование данных технологий требует теоретического и экспериментального изучения газожидкостного потока с ПАВ. Анализ существующих работ показывает, что экспериментальные исследования в данной области проводились при атмосферном давлении. В то же время по глубине газовых скважин давление изменяется и может оказывать существенное влияние на свойства пены. В статье представлено описание экспериментального стенда для проведения исследования газожидкостного потока с пенообразователями при различных значениях давления. Разработана методика проведения экспериментов на таком стенде, имитирующем участок ствола вертикальной газовой скважины. На основе принципа механического отсечения разработана методика определения содержания фаз (объемные содержания свободного газа, свободной жидкости, пены, жидкости и газа в пене) в пенном потоке, предложены соотношения для их расчета.

The issue of operation water-cut and "self-kills" wells is one of major aspects in gas production. One of the methods of solving this problem is the introduction of foaming agent into the well. The effectiveness of these technologies requires a theoretical and experimental study of gas-liquid flow with surfactants. We have analyzed existing works and have found out that experimental research in this area was carried out at atmospheric pressure. At the same time, the pressure in the well varies with the length of the wellbore and can affect the properties of foaming agent. The article presents a description of a facility for the study of gas-liquid flows with foaming agents at different pressure values. A method of conducting experiments on the facility, simulating a section of the production tubing of a vertical gas well, has been developed. The relations allowing calculating the volume contents of the phases in the gas-liquid flow with surfactants are proposed.

методика исследованияэкспериментальный стендгазожидкостный потокпенообразующие поверхностно-активные веществаresearch methodresearch facilitygas-liquid flowfoaming agentИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Тюменской области в рамках научного проекта № 20-41-720002.ReferencesЭксплуатация газовых скважин в условиях активного водо- и пескопроявления / Д. В. Изюмченко, Е. В. Мандрик, С. А. Мельников [и др.]. – Текст : непосредственный // Вести газовой науки. – 2018. – № 1 (33). – С. 235–242.Izyumchenko, D. V., Mandrik, E. V., Melnikov, S. A., Ploskov, A. A., Moiseуev, V. V., Kharitonov, A. N., & Pamuzhak, S. G. (2018). Operation of gas wells in conditions of active water and sand manifestation. Vesti gazovoy nauki, (1(33)), рр. 235-241. (In Russian).Паникаровский, В. В. Эксплуатация газовых скважин на поздней стадии разработки месторождений / В. В. Паникаровский, Е. В. Паникаровский. – DOI 10.31660/0445-0108-2017-5-85-89. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2017. – № 5. – С. 85–89.Panikarovskii, V. V., & Panikarovskii, E. V. (2017). Exploitation of gas wells in late stage of development of gas fields. Oil and Gas Studies, (5), рр. 85-89. (In Russian). DOI: 10.31660/0445-0108-2017-5-85-89Efficacy of Surfactants in Rich Gas Shale Wells / Y. Alzhanov, H. Karami, E. Pereyra, J. Gamboa. – Text : electronic // SPE Artificial Lift Conference and Exhibition – Americas. – The Woodlands, Texas, USA, 2018. – URL: https://doi.org/10.2118/190941-MS. – Published: August, 28, 2018.Alzhanov, Y., Karami, H., Pereyra, E., & Gamboa, J. (2018). Efficacy of Surfactants in Rich Gas Shale Wells. SPE Artificial Lift Conference and Exhibition - Americas. The Woodlands, Texas, USA, 2018. (In English). Available at: https://doi.org/10.2118/190941-MSSurfactant Batch Treatment Efficiency as an Artificial Lift Method for Horizontal Gas Wells / C. Gcali, H. Karami, E. Pereyra, C. Sarica. – Text : electronic // SPE Artificial Lift Conference and Exhibition – Americas. – The Woodlands, Texas, USA, 2018. – URL: https://doi.org/10.2118/190919-MS. – Published: August, 28, 2018.Gcali, C., Karami, H., Pereyra, E., & Sarica, C. (2018). Surfactant Batch Treatment Efficiency as an Artificial Lift Method for Horizontal Gas Wells. SPE Artificial Lift Conference and Exhibition - Americas. The Woodlands, Texas, USA, 2018. (In English). Available at: https://doi.org/10.2118/190919-MSTowards a Better Selection of Foamers for the Deliquification of Mature Gas Wells / P. S. Omrani, R. K. Shukla, F. Vercauteren, E. Nennie. – Text : electronic // International Petroleum Technology Conference. – Bangkok, Thailand, November 2016. – URL: https://doi.org/10.2523/IPTC-18806-MS. – Published: November, 12, 2016.Omrani, P. S., Shukla, R. K., Vercauteren, F., & Nennie, E. (2016). Towards a Better Selection of Foamers for the Deliquification of Mature Gas Wells. International Petroleum Technology Conference. - Bangkok, Thailand, November 2016. (In English). Available at: https://doi.org/10.2523/IPTC-18806-MSPopularization and application of the capillary foam deliquification technology in horizontal wells with low pressures and low liquid flow rates : a case study on middle shallow gas reservoirs in the Western Sichuan depression / T. Liu, X. Zhou, H. Chen [et al.]. – DOI 10.1016/j.ngib.2019.01.004. – Direct text // Natural Gas Industry B. – 2019. – Vol. 6, Issue 1. – P. 25–33.Liu, T., Zhou, X., Chen, H., Lu, G., Zhao, Zh., Liu, D., & Du, Y. (2019). Popularization and application of the capillary foam deliquification technology in horizontal wells with low pressures and low liquid flow rates: a case study on middle shallow gas reservoirs in the Western Sichuan depression. Natural Gas Industry B, (6), pp. 25-33. (In English). DOI 10.1016/j.ngib.2019.01.004Расчет перепада давления в сеноманской газовой скважине, эксплуатируемой с пенообразователем / В. А. Огай, Е. А. Сабурова, В. О. Довбыш, А. Ю. Юшков. DOI 10.31660/0445-0108-2020-4-36-50. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2020. – № 4. – С. 36–50.Ogai, V. A., Saburova, E. A., Dovbysh, V. O., & Yushkov, A. Yu. (2020). Calculation of the pressure gradient in the Cenomanian gas well operated with a foaming agent. Oil and Gas Studies, (4), pp. 36-50. (In Russian). DOI: 10.31660/0445-0108-2020-4-36-50Skopich, A. Experimental Study of Surfactant Effect on Liquid Loading in 2‐in and 4‐in Diameter Vertical Pipes / A. Skopich. – University of Tulsa, Tulsa, OK, 2012. – URL: https://www.worldcat.org/title/experimental-study-of-surfactant-effect-on-liquid-loading-in-2-in-and-4-in-diameter-vertical-pipes/oclc/820963457. – Text : electronic.Skopich, A. (2012). Experimental Study of Surfactant Effect on Liquid Loading in 2‐in and 4‐in Diameter Vertical Pipes. University of Tulsa, Tulsa, OK, (In English). Available at: https://www.worldcat.org/title/experimental-study-of-surfactant-effect-on-liquid-loading-in-2-in-and-4-in-diameter-vertical-pipes/oclc/820963457Коротаев, Ю. П. Лабораторные исследования работы газовых скважин с жидкостью на забое / Ю. П. Коротаев. – Текст : непосредственный // Избранные труды в 3 томах. Т. 1. – Москва : Недра, 1996. – С. 263–281.Korotaev, Yu. P. (1996). Laboratornye issledovaniya raboty gazovykh skvazhin s zhidkost'yu na zaboe. Izbrannye trudy v 3 tomakh. Tom 1. Moscow, Nedra Рubl., pp. 263-281. (In Russian).Experimental and numerical study of downward bubbly flow in a pipe / O. N. Kashinsky, P. D. Lobanov, M. A. Pakhomov [et al.]. – DOI 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.02.004. – Direct text // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2006. – Vol. 49, Issues 19–20. – P. 3717–3727.Kashinsky, O. N., Lobanov, P. D., Pakhomov, M. A., Randin, V. V., & Terekhov, V. I. (2006). Experimental and numerical study of downward bubbly flow in a pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 49(19-20), pp. 3717-3727. (In English). DOI: 10.1016/j.ijheat masstransfer.2006.02.004Bhagwat, S. M. Experimental investigation of non-boiling gas-liquid two phase flow in downward inclined pipes / S. M. Bhagwat, A. J. Ghajar. – DOI 10.1016/j.expthermflusci.2016.08.004. – Direct text // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2016. – Vol. 89. – P. 301–318.Bhagwat, S. M., & Ghajar, A. J. (2016). Experimental investigation of non-boiling gas-liquid two phase flow in downward inclined pipes. Experimental Thermal and Fluid Science, (89), pp. 301-318. (In English). DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2016.08.004A Comprehensive Mechanistic Model for Upward Two-Phase Flow in Wellbores / A. M. Ansari, N. D. Sylvester, C. Sarica [et al.]. – DOI 10.2118/20630. – Direct text // PA SPE Production and Facilities (May). – Vol. 9, Issue 02. – Р. 143–151.Ansari, A. M., Sylvester, N. D., Sarica, C., Shoham, O., & Brill, J. P. (1994). A Comprehensive Mechanistic Model for Upward Two-Phase Flow in Wellbores. PA SPE Production and Facilities (May), 9(02), pp. 143-151. (In English). DOI: 10.2118/20630Gray, W. G. A derivation of the equations for multiphase transport / W. G. Gray. – DOI 10.1016/0009-2509(75)80010-8. – Direct text // Chemical Engineering Science. – 1975. – Vol. 30, Issue 2. – P. 229–233.Gray, W. G. (1975). A derivation of the equations for multiphase transport. Chemical Engineering Science, 30(2), pp. 229-233. (In English). DOI: 10.1016/0009-2509(75)80010-8Шулепин, С. А. Экспериментальное обоснование устойчивых режимов эксплуатации обводняющихся газовых скважин : 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Шулепин Сергей Александрович ; Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ. – Москва, 2017. – 163 с. – Текст : непосредственный.Shulepin, S. A. (2017). Eksperimental'noe obosnovanie ustoychivykh rezhimov ekspluatatsii obvodnyayushchikhsya gazovykh skvazhin. Diss. … kand. tekhn. nauk. Moscow, 163 p. (In Russian).Duns, H. Jr. Vertical flow of gas and liquid mixtures in wells / H. Jr. Duns, N. C. J. Ros. Text : electronic // The 6 th World Petroleum Congress. – Frankfurt am Main, Germany, June, 1963. – P. 451–465. – URL: https://onepetro.org/WPCONGRESS/proceedings-abstract/WPC06/AllWPC06/WPC-10132/198621.Duns, H. Jr., & Ros, N. C. J. (1963). Vertical flow of gas and liquid mixtures in wells. The 6 th World Petroleum Congress. Frankfurt am Main, Germany, June, 1963, pp. 451-465. (In English). Available at: https://onepetro.org/WPCONGRESS/proceedings-abstract/WPC06/AllWPC06/WPC-10132/198621Экспериментальное исследование истинного водосодержания в вертикальных трубах при движении по ним газоводяных смесей при малых расходах газа / А. И. Гриценко, Г. Н. Вязенкин, С. Н. Бузинов [и др.]. – Текст : непосредственный // Проблемы подземного хранения газа в СССР : сборник научных трудов. – Москва : ВНИИГАЗ, 1983. – С. 86–96.Gritsenko, A. I., Vyazenkin, G. N., Buzinov, S. N., Akhmedov, B. G., & Kazakov, B. O. (1983). Eksperimental'noe issledovanie istinnogo vodosoderzhaniya v vertikal'nykh trubakh pri dvizhenii po nim gazovodyanykh smesei pri malykh raskhodakh gaza. Problemy podzemnogo khraneniya gaza v SSSR: sbornik nauchnykh trudov. Moscow, VNIIGAZ Publ., pp. 86-96.Движение газожидкостных смесей в трубах / В. А. Мамаев, Г. Э. Одишария, Н. И. Семенов, А. А. Точигин. – Москва : Недра. – 1978. – 270 с. – Текст : непосредственный.Mamaev, V. A., Odishariya, G. E., Semenov, N. I., & Tochigin, A. A. (1978). Dvizhenie gazozhidkostnykh smesey v trubakh. Moscow, Nedra Publ., 270 p. (In Russian).Одишария, Г. Э. Область существования и истинное газосодержание при восходящем кольцевом режиме течения в трубах / Г. Э. Одишария, Ю. А. Толасов, О. В. Клапчук. Текст : непосредственный // Разработка газовых месторождений, транспорт газа. – Москва : ВНИИГАЗ, 1974. – Вып. 3. – С. 128–138.Odishariya, G. E., Tolasov, Yu. A., & Klapchuk, O. V. (1974). Oblast' sushchestvovaniya i istinnoe gazosoderzhanie pri voskhodyashchem kol'tsevom rezhime techeniya v trubakh. Razrabotka gazovykh mestorozhdeniy, transport gaza. Moscow, VNIIGAZ Publ., Vyp. 3, pp. 128-138. (In Russian).Патент на изобретение № 2654889 Российская Федерация, МПК E21B 47/00 G01M 99/00. Экспериментальная установка для имитации газожидкостной смеси и динамических процессов в стволе газовой скважины : № 2654889 ; заявл. 22.05.2017 : опубл. 23.05.2018 / Огай В. А., Хабибуллин А. Ф., Юшков А. Ю. ; патентообладатель ООО «ГазВелл Системы». 23 с. – Текст : непосредственный.Ogai, V. A., Khabibullin, A. F., & Yushkov, A. Yu. Experimental installation for imitation of gas-liquid mixture and dynamic processes in the stock of the gas well. Pat. RF 2654889, MPK E21B 47/00 G01M 99/00. Applied: 22.05.17. Published: 23.05.18. 23 р. (In Russian).Effect of Surfactant Additive on Vertical Two-Phase Flow / L. Liu, X. Li, Li Tong, Y. Liu. – DOI 10.1016/j.petrol.2014.02.004. – Direct text // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2014. – Vol. 115. – Р. 1–10.Liu, L., Li, X., Tong, L. & Liu, Y. (2014). Effect of Surfactant Additive on Vertical Two Phase Flow. Journal of Petroleum Science and Engineering, (115), pp. 1-10. (In English). DOI: 10.1016/j.petrol.2014.02.004Zhou, J. Flow Patterns in Vertical Air. Water Flow with and without Surfactant / J. Zhou. – University of Dayton, Dayton, Ohio, USA, 2013. – URL: http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=dayton1375455656. – Text : electronic.Zhou, J. (2013). Flow Patterns in Vertical Air. Water Flow with and without Surfactant. University of Dayton, Dayton, Ohio, USA, 2013. (In English). Available at: http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=dayton1375455656Christiansen, R. L. A New Look at Foam for Unloading Gas Wells / R. L. Christiansen. U.S.A., 2006. – URL: https://www.researchgate.net/profile/Richard-Christiansen-2/publication/237524222_A_New_Look_at_Foam_for_Unloading_Gas_Wells/links/551aafa70cf2bb754076ca3d/A-New-Look-at-Foam-for-Unloading-Gas-Wells.pdf. – Text : electronic.Christiansen, R. L. (2006). A New Look at Foam for Unloading Gas Wells. U.S.A., 2006. (In English). Available at: https://www.researchgate.net/profile/Richard-Christiansen-2/publication/237524222_A_New_Look_at_Foam_for_Unloading_Gas_Wells/links/551aafa70cf2bb754076ca3d/A-New-Look-at-Foam-for-Unloading-Gas-Wells.pdfSaleh, S. Foam-Assisted Liquid Lifting in Low Pressure Gas Wells / S. Saleh, М. Al-Jamae'y. – Text : electronic // SPE Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, 9–11 March, 1997. – URL: https://doi.org/10.2118/37425-MS. – Published: March, 09, 1997.Saleh, S., & Al-Jamae'y, M. (1997). Foam-Assisted Liquid Lifting in Low Pressure Gas Wells. SPE Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, March, 9-11, 1997. (In English). Available at: https://doi.org/10.2118/37425-MSKelkar, M. Gas Well Pressure Drop Prediction under Foam Flow Conditions / M. Kelkar, C. Sarica. – RPSEA, 2015. – 192 p. – Direct text.Kelkar, M., & Sarica, C. (2015). Gas Well Pressure Drop Prediction under Foam Flow Conditions. RPSEA, 192 p. (In English).van't Westende, J. JIP Experimental foam selection - Modelling of foam pipe flow Date / J. van 't Westende, J. de Boer, F. Vercauteren. – Text : electronic // TNO report TNO 2015 R11538. 81 p. – URL: https://projecten.topsectorenergie.nl/storage/app/uploads/public/5bb/36b/7d1/5bb36b7d189b5755670309.pdf.van't Westende, J., de Boer, J., & Vercauteren, F. (2015). JIP Experimental foam selection - Modelling of foam pipe flow Date. TNO report TNO 2015 R11538. 81 p. (In English). Available at: https://projecten.topsectorenergie.nl/storage/app/uploads/public/5bb/36b/7d1/5bb36b7d189b5755670309.pdfVan Nimwegen, A. T. The effect of surfactants on gas-liquid pipe flows / A. T. Van Nimwegen. – Delft University of Technology, 2015. – URL: https://www.narcis.nl/publication/RecordID/oai:tudelft.nl:uuid%3A5728dde5-e722-46e8-a92f-b62937ecf538. – Text : electronic.Van Nimwegen, A. T. (2015). The effect of surfactants on gas-liquid pipe flows. Delft University of Technology. (In English). Available at: https://www.narcis.nl/publication/RecordID/oai:tudelft.nl:uuid%3A5728dde5-e722-46e8-a92f-b62937ecf538van't Westende, J. M. C. The use of surfactants for gas well deliquification : a comparison of research projects and developed models // J. M. C. van't Westende, R. A. W. M. Henkes, A. Ajani, M. Kelkar. – Text : electronic // 18 th International Conference on Multiphase Production Technology, Cannes, France, June 2017. – URL: https://onepetro.org/BHRICMPT/proceedingsabstract/BHR17/All-BHR17/BHR-2017-161/369. – Published: June, 07, 2017.van't Westende, J. M. C., Henkes, R. A. W. M., Ajani, A., Kelkar, M. (2017). The use of surfactants for gas well deliquification: a comparison of research projects and developed models. 18 th International Conference on Multiphase Production Technology, Cannes, France, June 2017. (In English). Available at: https://onepetro.org/BHRICMPT/proceedings-abstract/BHR17/All-BHR17/BHR-2017-161/369Joshi, Sh. Foamer evaluation by the sparging test method for application to gas well deliquification / Sh. Joshi. – Delft University of Technology, 2015. – URL: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:fe36e0e7-6219-4633-8bd3-b467704dc83a. – Text : electronic.Joshi, Sh. (2015). Foamer evaluation by the sparging test method for application to gas well deliquification. Delft University of Technology. (In English). Available at: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:fe36e0e7-6219-4633-8bd3-b467704dc83a

The authors declare that there are no conflicts of interest present.