Методика экспериментального исследования газожидкостного потока с пенообразующими поверхностно-активными веществами в вертикальном канале

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.

1. Эксплуатация 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.

2. 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.

3. Efficacy 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.

4. Surfactant 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.

5. Towards 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.

6. 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 / 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.

7. Расчет 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.

8. Skopich, 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.

9. Коротаев, 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.

10. 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.

11. Bhagwat, 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.

12. A 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.

13. Gray, 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.

14. Шулепин, 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.

15. 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.

16. Экспериментальное 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.

17. Движение газожидкостных смесей в трубах / В. А. Мамаев, Г. Э. Одишария, Н. И. Семенов, А. А. Точигин. – Москва : Недра. – 1978. – 270 с. – Текст : непосредственный.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Zhou, 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.

22. Christiansen, 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.

23. Saleh, 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.

24. Kelkar, M. Gas Well Pressure Drop Prediction under Foam Flow Conditions / M. Kelkar, C. Sarica. – RPSEA, 2015. – 192 p. – Direct text.

25. 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.

26. Van 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.

27. van'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.

28. Joshi, 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.