Study of heat and mass transfer processes in an oil well with a bottomhole heater of different length
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2024.17.2.13Keywords:
oil well, heat and mass transfer, bottomhole heater, high-viscosity oilAbstract
This paper considers a three-dimensional mathematical model of heat and mass transfer in an oil well with a bottom-hole heater. The vertical section of an oil well with an electric bottom-hole heater device for wells with highly viscous and paraffinic oil was investigated. The bottomhole heater is a monolithic cylinder located in the lower part of the tubing. The tubing contains perforations through which the oil fluid enters the tubing. The use of a local heater in the near-wellbore area makes it possible to increase the temperature of the fluid flowing through it, thereby reducing the viscosity of the oil and the load on the electric centrifugal pump, for which the critical value of the viscosity of the pumped medium is determined. The implementation of this model was carried out by the finite volume method using the ANSYS engineering simulation software. The geometry of finite elements and the finite volume mesh generated, an analogue of a continuous computational domain, were constructed by the MESH preprocessor. The finite volume mesh consists of polyhedral elements. Using the model, the fields of temperature, velocity and viscosity were obtained throughout the entire volume of the area under study. The curves showing the dependence of the average temperature of the cross section on the longitudinal coordinate of the tubing and the dependence of the average temperature at the inlet to an electric centrifugal pump on the heater power are presented. The viscosity value at the maximum permissible temperature of the heater, as well as the value of sufficient heater power to ensure uninterrupted pumping of petroleum liquid, were determined. The results obtained can be used to significantly improve the operating efficiency of an electric centrifugal pump, to increase the turnaround time and to reduce material costs during field development.
Downloads
References
Рощин П.В., Зиновьев А.М., Рязанов А.А., Соболева Е.И., Никитин А.В., Мурзаханов А.Р. Повышениеэффективности добычи высоковязкой нефти с использованием реагентов-растворителей: лабораторные испытания и внедрение на производстве // Вестник евразийской науки. 2021. Т. 13, № 2. 15.
Ященко И.Г., Полищук Ю.М. Закономерности территориального размещения и физико-химические свойства нефтей с высоким содержанием асфальтенов и смол // Геология нефти и газа. 2022. № 1. C. 95–108. DOI: 10.31087/0016-7894-2022-1-95-108.
Гилаев Г.Г., Афанасьев И.С., Павлов В.А., Саляев В.В., Стрельцов Ф.С., Хамитов И.Г. Начало нового этапа в освоении месторождений высоковязких нефтей и природных битумов в России // Нефтяное хозяйство. 2011. № 6. C. 6–9.
Башкирцева Н.Ю. Высоковязкие нефти и природные нефти // Вестник Казанcкого технологического университета. 2014. № 19. C. 296–299.
Шандрыгин А.Н., Нухаев М.Т., Тертычный В.В. Разработка залежей тяжелой нефти и природного битума методом парогравитационного дренажа (SAGD) // Нефтяное хозяйство. 2006. № 7. C. 92–96.
Халикова Д.А., Петров С.М., Башкирцева Н.Ю. Обзор перспективных технологий переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 3. C. 217–221.
Хамидоллаев Д.Т., Садакбаева Д.Б. Методы перекачки высоковязких нефтей // International Scientific Review. 2015. № 2. C. 30–32.
Конесев С.Г., Хакимьянов М.И., Хлюпин П.А., Кондратьев Э.Ю. Современные технологии добычи высоковязких нефтей // Электротехнические системы и комплексы. 2013. № 21. C. 301–307.
Стрункин С.И., Григорьев А.В., Хузин Л.И. Применение установок прогрева призабойной зоны пласта УППЗ-30 на объектах ПАО «Оренбургнефть» // Инженерная практика. 2015. № 12. 1098.
Du M.-J., Wang Y.-L., Temuer C.-L. Reproducing kernel method for numerical simulation of downhole temperature distribution // Applied Mathematics and Computation. 2017. No. 297. P. 19–30. DOI: 10.1016/j.amc.2016.10.036.
Tarom N., Hossain M.M. Using ANSYS to Realize a Semi-Analytical Method for Predicting Temperature Profile in Injection/Production Well // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. Vol. 72. P. 1006–1015. URL: https://espace.curtin.edu.au/handle/20.500.11937/32520.
Купцов С.М. Температурное поле эксплуатационной скважины // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. 2009. № 4. C. 62–68.
Филиппов А.И., Михайлов П.Н., Ахметова О.В. Температурное поле в действующей скважине // Сибирский журнал индустриальной математики. 2004. Т. 7, № 1. C. 135–144.
Харламов С.Н., Терещенко Р.Е. Теплообмен при ламинарном течении нефти и нефтепродуктов с аномальной реологией в трубопроводах большой протяженности // Вестник Российской академии естественных наук. Западно-Сибирское отделение. 2013. № 15. C. 96–100.
Ананьев Д.В., Халитова Г.Р. Интенсификация теплопереноса при ламинарном течении высокопарафинистой нефти в круглой трубе // Труды Академэнерго. 2014. № 2. C. 7–16.
Труфанова Н.М., Костарев Н.А. Исследование процесса тепломассопереноса в нефтяной скважине // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 4. C. 126–129.
Костарев Н.А., Труфанова Н.М. Исследование процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине с учетом процесса парафинообразования // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: материалы Всерос. науч.-техн. конф., Пермь, 23 мая 2017. Т. 2. Пермь: ПНИПУ, 2017. C. 136–142.
Ковригин Л.А., Кухарчук И.Б. Конвективный теплообмен в межтрубном пространстве нефтяной скважины с греющим кабелем // Вестник ПГТУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2012. № 6. C. 43–47.
Пинягин Д.С., Костарев Н.А., Труфанова Н.М. Анализ процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине при использовании призабойных нагревателей // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2019. № 30. C. 211–226. DOI: 10.15593/2224-9397/2019.2.13.
Пинягин Д.С., Труфанова Н.М., Костарев Н.А. Численное исследование тепловых процессов в скважине с призабойным нагревателем // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2020. № 36. C. 48–62. DOI: 10.15593/2224-9397/2020.4.03.
###
Roshchin P.V., Zinovev A.M., Riazanov A.A., Soboleva E.I., Nikitin A.V., Murzakhanov A.R. Improving the efficiency of heavy oil production using solvents: laboratory tests and implementation in oil production. The Eurasian Scientific Journal. 2021. Vol. 13, no. 2. Art. 15.
Yashchenko I.G., Polishchuk Y.M. Oils rich in asphaltenes and resins: common factors of spatial distribution, physical and chemical properties. Oil and gas geology = Geologiya nefti i gaza. 2022. No. 1. P. 95–108.DOI: 10.31087/0016-7894-2022-1-95-108.
Gilaev G.G., Afanasiev I.S., Pavlov V.A., Salyaev V.V., Streltsov F.S., Khamitov I.G. Outset of a new exploration stage at Russian heavy oil and natural bitumen fields. Oil Industry. 2011. No. 6. P. 6–9.
Bashkirceva N.Y. Vysokovyazkiye nefti i prirodnyye nefti. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo Universiteta. 2014. No. 19. P. 296–299.
Shandrygin A.N., Nukhaev M.T., Tertychniy V.V. Development of deposits of heavy crude and natural bitumen by a steam assisted gravity drainage. Oil Industry. 2006. No. 7. P. 92–96.
Khalikova D.A., Petrov S.M., Bashkirtseva N.Y. Obzor perspektivnykh tekhnologiy pererabotki tyazhelykh vysokovyazkikh neftey i prirodnykh bitumov. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2013. No. 3. P. 217–221.
Khamidollayev D.T., Sadakbayeva D.B. Metody perekachki vysokovyazkikh neftey. International Scientific Review. 2015. No. 2. P. 30–32.
Konesev S.G., Hakim’janov M.I., Hljupin P.A., Kondrat’ev E.Y. Modern technologies of high viscosity oils production. Electrotechnical Systems and Complexes. 2013. No. 21. P. 301–307.
Strunkin S.I., Grigoryev A.V., Khuzin L.I. Primeneniye ustanovok progreva prizaboynoy zony plasta UPPZ-30 na ob”yektakh PAO «Orenburgneft’». Inzhenernaya praktika. 2015. No. 12. 1098.
Du M.-J., Wang Y.-L., Temuer C.-L. Reproducing kernel method for numerical simulation of downhole temperature distribution. Applied Mathematics and Computation. 2017. No. 297. P. 19–30. DOI: 10.1016/j.amc.2016.10.036.
Tarom N., Hossain M.M. Using ANSYS to Realize a Semi-Analytical Method for Predicting Temperature Profile in Injection/Production Well. World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. Vol. 72. P. 1006–1015.
Kuptsov S.M. Temperature field of production well. Proceedings of Gubkin University. 2009. No. 4. P. 62–68.
Filippov A.I., Mikhaylov P.N., Akhmetova O.V. Temperaturnoye pole v deystvuyushchey skvazhine. Sibirskiy zhurnal industrial’noy matematiki. 2004. Vol. 7, no. 1. P. 135–144.
Kharlamov S.N. Teploobmen pri laminarnom techenii nefti i nefteproduktov s anomal’noy reologiyey v truboprovodakh bol’shoy protyazhennosti. Vestnik Rossiyskoy akademii yestestvennykh nauk. Zapadno-Sibirskoye otdeleniye. 2013. No. 15. P. 96–100.
Ananyev D.V., Halitova G.R. Heat transfer intensification in laminar flow of highly paraffinic oil in round tube. Transactions of Academenergo. 2014. No. 2. P. 7–16.
Trufanova N.M., Kostarev N.A. Research process of heat and mass transfer in an oil well. Scientific and Technical Volga region Bulletin. 2015. No. 4. P. 126–129.
Kostarev N.A., Trufanova N.M. Process of heat and mass transfer in an oil well with influence of parafin production process. Automated control systems and information technologies, 23 May 2017, Perm. Vol. 2. Perm National Research Polytechnic University, 2017. P. 136–142.
Kovrigin L.A., Kukharchuk I.B. Konvektivnyy teploobmen v mezhtrubnom prostranstve neftyanoy skvazhiny s greyushchim kabelem. PNRPU Bulletin. Electrical engineering, information technology, control systems. 2012. No. 6. P. 43–47.
Pinyagin D.S., Kostarev N.A., Trufanova N.M. Analisis of heat and mass processes in an oil well with using the bottom heaters. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Electrotechnics, Informational Technologies, Control Systems. 2019. No. 30. P. 211–226. DOI: 10.15593/2224-9397/2019.2.13.
Pinyagin D.S., Kostarev N.A., Trufanova N.M. Numerical study of thermal processes in a well with a bottom heater. PNRPU Bulletin. Electrical engineering, information technology, control systems. 2020. No. 36. P. 48–62. DOI: 10.15593/2224-9397/2020.4.03.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 1970 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
