СВЧ. Исследование и разработка технологии увеличения нефтеотдачи за счет вытеснения с применением электромагнитного поля
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
1.2 Плазменно-импульсное воздействие на призабойную зону пласта Согласно классификации В.П.Дыбленко электромагнитное воздействие условно разделяют на 3 вида низкочастотное (НЧ) – до 1 кГц, высокочастотное (ВЧ) – до 300 МГц, и сверхвысокочастотное (СВЧ) – выше 300 МГц (В.П.Дыбленко Волновые методы воздействия на нефтяные 22 пласты с трудноизвлекаемыми запасами Обзор и классификация 2008 г. В группу электромагнитных методов воздействия на ПЗП также можно отнести импульсно-электрические методы. Они основаны на инициировании в зоне продуктивного пласта импульсов электрического тока. Реализация данной технологии выполняется следующим образом. Часть технологических скважин после вскрытия пласта оборудуют электродами. При вскрытии пласта обсаженными скважинами, обсадная колонна служит в качестве второго электрода. От наземной аппаратуры к электродам проводят кабель. Используя информацию об изменениях параметров пласта, входе обработки производится корректировка воздействия по программе. Мощность промышленного источника электрического тока достигает 100 кВт. Электроимпульсная обработка пласта приводит к следующим изменениям среды происходит увеличение капилляров, разглинизация, увеличение проницаемости, выделение газа. Следствием этих процессов является снижение фазовой проницаемости поводе, стимуляция и ускорение электрокинетических явлений [65]. Метод можно эффективно применять на неоднородных пластах глинистых песчаников. Он способствует увеличению продуктивности добывающих и приемистости нагнетательных скважин. Методы обработки высокочастотными и сверхвысокочастотными электромагнитными полями основаны на особенностях их взаимодействия с насыщенными пористыми средами. Основной особенностью ВЧ- электромагнитного воздействия на пласт является объемный прогрев породы [4]. При этом область зоны теплового воздействия мало зависит от фильтрационно-емкостных свойств пласта. С помощью изменения частоты и мощности можно подобрать необходимые показатели распределения температуры в пласте. В процессе обработки происходит направленный прогрев призабойной зоны пласта (ПЗП) и взаимодействие электромагнитного поля с флюидами, вследствие чего происходит снижение 23 поверхностного натяжения в области раздела фаз, увеличивается скорость фильтрации вытесняющей среды [19, 20]. В 1996 году Н.И.Кошторевым и Ф.И.Алеевым запатентован Способ разработки нефтяной залежи (патент №2057911). [40] Сущность метода заключается в следующем на полностью освободившейся залежи подбирают скважины по лучевой схеме. В центральную спускают отрицательный электрод на уровне подошвы продуктивного пласта. В радиально расположенных скважинах устанавливают положительно заряженные электроды в области кровли пласта. Путем подачи постоянного тока осуществляется воздействие на пласт. В результате происходит сегрегация, то есть продвижение частиц воды в нижнюю часть пласта к отрицательному электроду, а капель нефти к положительным электродам. Контролировать процесс можно, периодически отключая одну из скважин и исследуя ее продукцию на содержание воды и нефти. Повышение нефтеотдачи при помощи воздействия импульсами электрического тока на нефтяной пласт описывают сотрудники ООО НПО «Волгахимэкспорт» Михаил Болдырев, Татьяна Лючевская, Олег Гуркин и Андрей Золин.[16] Еще в середине х годов XX века был подтвержден эффект изменения структуры порового пространства пласта при прохождении через него электрических токов. Благодаря открытию этой особенности, российскими инженерами была разработана технология интенсификации добычи нефти. Сегодня доработкой и внедрением технологии электрической обработки пластов в нефтепромысловую практику активно занимается ООО НПО «Волгахимэкспорт» (г. Самара. Технология успела положительно зарекомендовать себя входе экспериментов по импульсному электрическому воздействию на продуктивные пласты. Испытания проводились на месторождениях России, Казахстана и Бразилии. Результаты свидетельствуют о перспективности технологии. 24 При прохождении импульсов электрического тока сквозь коллектор происходит высвобождение энергии в тонких капиллярах [47]. Существует определенное пороговое значение количества выделяемой энергии, при превышении которого происходят изменения структуры микронеоднородной среды, а также структур фильтрационных потоков. Высокая плотность выделения энергии в тонких капиллярах, превышая некое значение, приводит к разрушению цементирующего вещества. Измененная структура порового пространства существенно изменяет характер фильтрации в микронеоднородной среде. Отношение плотностей тока в последовательно соединенных капиллярах с радиусами r 1 и r 2 , при прохождении через них электричества, пропорционально. В неоднородных средах, таких как горные породы, отношение (r 2 /r 1 ) может составлять величину приблизительно равную и превышающую 103, что говорит о том, насколько велика степень неоднородности выделения энергии в среде. Проводимость тонких капилляров также напрямую зависит от высоких показателей плотности энерговыделения. Изменения проводимости может быть обусловлено повышением давления в капиллярах. Комбинация механизмов, происходящих в процессе электрической обработки пласта, и приводит к увеличению нефтеотдачи. Среди них – разрушение кольматанта призабойной зоны пласта в нефтяных скважинах [58], – разрушение парных электрических слоев, уменьшение сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз [26]. В настоящее время существует два вида установок, способных осуществлять представленную технологию. Установки отличаются выходными параметрами, а также способами получения электрической энергии и образования импульсов тока. Первая установка требует для работы расположенной вблизи скважины линии электропередач с напряжением в кВ или кВ. Вторая установка имеет собственный дизельный генератор, что позволяет ей работать автономно и существенно расширяет область ее 25 применения. Кроме того, существенным отличием установки второго типа является примененная особая схема образования импульсов электрического тока. В ней использован конденсаторный модуль для накопления энергии, благодаря которому, можно добиться высокой амплитуды и мощности импульсов электрического тока. Данная установка является инновационной разработкой компании «Волгахимэкспорт» в области электрической обработки пластов с целью повышения нефтеотдачи. Устройство запатентовано (патенты №36856, №36857)[14,15]. Кроме того, поданы заявки на патенты по описанному способу интенсификации добычи нефти и устройству для его осуществления. Далее описывается автономный комплекс, включающий установку второго типа. Используемый комплекс, включает в себя высоковольтную установку, расположенную на базе автомобиля ЗИЛ, генераторную установку на базе автомобиля ГАЗ, служебное помещение для отдыха персонала. Высоковольтная установка содержит следующие функциональные блоки — блок конденсаторов — тиристорный блок — блок управления высоковольтным выпрямителем — трансформатор — лаборатория, в которую входит панель кросс-визуального контроля и автоматики параметров, персональный компьютер. Основные параметры осуществления технологического процесса. В настоящее время для реализации технологии существует несколько схем подключения комплекса к скважинам. Однако, на практике в основном применяется схема подключения к двум скважинам (к колонным головкам. На сегодняшний день в разработке находится схема подключения одной скважины к колонной головке с использованием очага заземления. Электродом, при подключении к колонной головке, является эксплуатационная колонна обрабатываемой скважины. При подключении к 26 устью требуется остановка скважины и ее полное отключение от наземного оборудования. Когда все работы по подготовке скважины выполнены, к устьевым тумбам присоединяется высоковольтный кабель и начинается воздействие импульсами электрического тока. Для подготовки скважины при обработке по схеме подключения с использованием очага заземления, в его качестве используются 50 металлических стержней, углубляемых в землю. В данном случае именно они играют роль второго электрода. Очаг заземления должен быть удален минимум нам. Чтобы уменьшить электрическое сопротивление заземления, зона расположения металлических стержней заливается солевым раствором. Для получения необходимого результата одна обработка должна продолжаться от 20 до 30 часов. Область применения технологии распространяется на карбонатные и терригенные коллекторы с глубиной залегания дом (для первого типа установки) и дом (для второго типа. Обработку рекомендуется производить на скважинах с обводненностью 40 – 85% и дебитом по жидкости 10 – 85м 3 /сут, а также на объектах, представленных неоднородными пластами с чередованием участков высокой и пониженной пористости. По результатам накопленного опыта прирост дебита по нефти после обработки составляет от 0,5 до 13 т/сут (в зависимости от текущего дебита и обводненности, а также конкретных геолого-геофизических характеристик. Обводненность продукции, при этом, снижается на 10-30%. Следует также отметить способ импульсного и ионно-плазменного воздействия на нефтяной пласт (патент номер 2213860, авторы Браганчук Алексей Михайлович, Исаев М.К., Исхаков И.А., Касимов Р.Г.) [17]. Ионно-плазменное воздействие на нефтесодержащий коллектор осуществляется на уровне перфорации скважины. Чтобы достичь необходимого эффекта, сквозь минерализованную воду плотностью 1,12г/см 3 и выше, закачиваемую в скважину, пропускают постоянный электрический ток с напряжением от В до В и плотностью до 1А/см 2 . Каждые 25- 27 мин на пласт воздействуют импульсами электрических разрядов в количестве 3-5 разрядов, следующих друг за другом. Разряды инициируются в специальной камере между электродом-анодом и электродом-катодом ионно-плазменного генератора. Техника такого воздействия обеспечивает создание репрессионно-депрессионного режима. Продолжительность одного разряда достигает 100 мкс, а энергия превышает 100 Дж при значении скважности не превышающем 5. Скважину непрерывно промывают минерализованной водой. Воздействие импульсами производится без остановки ионно-плазменного процесса. После окончания импульсной обработки затрубное пространство открывают и начинают прокачку минерализованной воды, чтобы удалить с забоя скважины продукты разложения и расплавленные частицы. Кроме того, за счет дополнительного воздействия на ПЗП импульсами электрических разрядов, происходит интенсификация добычи нефти. Основным элементом комплекса плазменно-импульсного воздействия является ионно-плазменный генератор, который состоит из двух камер. Генератор включает в себя разрядную камеру, состоящую из электрода, выполняющего функцию анода, и катода, в качестве которого выступает корпус камеры. Генератор устанавливается в нижней части насосно- компрессорных труб в области перфорации обсадной колонны. Наземный источник электрического питания минусовой фазой с помощью обсадной колонны скважины соединяется с корпусом ионно-плазменного генератора. Плюсовая фаза соединяется с электродом, расположенным внутри разрядной камеры, при помощи электрического кабеля. Затем через насосно- компрессорные трубы в скважину поступает минерализованная вода плотность не менее 1,12мг/см 3 ). Далее через разрядную камеру ионно- плазменного генератора поступает электрический ток 90В-300В напряжения, плотностью от 0,1 А/см 2 до 10 А/см 2 . При прохождении электрического тока в скважине начинаются ионно-плазменные и химические процессы, вследствие этого на катоде, в роли которого выступает обсадная колонная, 28 начинает выделяться водорода также образуется щелочь, которая способствует снижению поверхностного натяжения пленки нефти и растворению различных отложений в призабойной зоне нефтесодержащего пласта. В зоне реакции внутри разрядной камеры ионно-плазменного генератора происходит быстрый разогрев смеси из-за того, что парофазовая оболочка, образующаяся на электроде камеры, способствует инициации горения плазмы. Все это приводит к тому, что вокруг анода ионно- плазменной камеры выделяется активный кислород, образующий кислую среду. Под действием повышенного температурного фронта нефтебитумы смягчаются, пробки остаточной нефти разлагаются, а минеральные конгломерации соединений Ca, Mg, Na и др. (СаСО3, MgCl2, Na2SO4) растворяются под действием кислой среды. Положительная роль выделяемого на аноде активного кислорода заключается в том, что он окисляет пластовые углеводороды до углекислого газа, который также способствует удалению пробок в призабойной зоне и нефтяном пласте, вследствие резкого локального повышения давления. Кроме того, кислород способен окислять сернистые соединения, при наличии их в нефтяном пласте, до оксидов серы, уменьшая тем самым ее количество в добываемой нефти [41, 94]. Так как в зоне реакций плазменно-импульсного генератора наблюдается повышение давления, эффект обработки усиливается за счет быстрому распространению кислой и щелочной сред из области плазменного воздействия вглубь пласта. Работа генератора в ионно-плазменном режиме продолжается в течение 25-30 минут, затем при помощи блока управления генератором, расположенного на поверхности, генератор переводится в импульсный режим работы. Данный режим характеризуется формированием электроразрядов непрерывно следующих друг за другом импульсов длительностью мкс каждый. За один раз производится от 3 до 5 29 импульсов (энергия Дж. Результатом импульсного разряда является резкое повышение давления в разрядной камере. Фронт давления распространяется вглубь нефтяного пласта. Под действием ударного фронта давления из области перфорации в коллектор переносятся продукты ионно- плазменной обработки. После того, как ударная волна достигает границы раздела сред, она отражается от нее и возвращаясь к обсадной колонне выносит с собой продукты разложения и плавления. Следует отметить, что частота и количество импульсов подбираются по значениям мощности, давления пласта, атак же необходимого радиуса воздействия. Как только импульсная обработка окончена, открывается затрубная задвижка, и с помощью прокачки минерализованной водой с забоя скважины на поверхность выносятся продукты разложения. Кроме ионно-плазменных, температурных, электрохимических процессов, происходящих в призабойной зоне нефтяного пласта, в результате данной комбинированной обработки, дополнительно создается, так называемый, репрессионно-депрессионный режим. Этот режим характеризуется изменением давления, его перераспределением относительно пласта и забоя скважины, что приводит к раскольматации ПЗП и дополнительному притоку нефти в скважину [56]. 1.3 Электрическое воздействие на нефтяные пласты Среди технологий электрофизического воздействия на нефтяные пласты, которые включают в себя плазменные, лазерные, электроэрозионные, электронные, ультразвуковые и комбинированные методы, следует отметить электрогидравлическое воздействие. Электрогидравлические технологии осуществляются благодаря эффекту Юткина [98,99], который представляет собой совокупность явлений, происходящих при импульсном разряде высокого напряжения в жидкой среде (зачастую вводе. При прохождении вводной среде импульсного высоковольтного разряда происходит мощное 30 электромагнитное излучение, формирование волн звуковых и ультразвуковых диапазонов частот, импульсов давления, достигающего, при определенных условиях, несколько десятков тысяч атмосфер, сильных гидравлических потоков, сопровождающихся кавитацией. Высоковольтный разряд вводе сопровождается возникновением плазменного канала, температура в котором достигает 30 тысяч С. Канал имеет небольшую площадь сечения. В нем происходит быстрый локальный разогрев жидкой среды, конденсация энергии разогретого до высоких температур ионизированного газа и паров, которые могут совершать работу. Быстро расширяясь, разрядный канал, представляющий собой парогазовую полость [86], порождает вокруг себя в жидкости импульсное давление и волны жидкости. Скорость увеличения объема канала может быть выше скорости, с которой звук распространяется в жидкой среде, благодаря этому, формируется фронт ударной волны. Когда давление потока расходящейся жидкости спустится ниже давления окружающей среды, расширение парогазового канала остановится. Далее происходит возвратное движение потока жидкости, в момент, когда полость канала захлопывается, в ней вновь резко повышается давление газа. Этот процесс повторяется многократно, постепенно затухая с каждым циклом. Подытожив описанные процессы, можно привести следующую последовательность протекания гидравлического удара 1. формирование канала разряда 2. выделение энергии в канале разряда 3. излучение волн широкого диапазона частот (время до 10 -5 с, давление ударного фронта превышает 10 атм 4. расхождение потока жидкости в стороны от парогазового канала 5. пульсация полости канала, сопровождающаяся образованием кавитационных разрывов (так называемых, каверн) и кавитационного потока. 31 Таким образом, при осуществлении электрогидравливеского удара, полезными могут быть следующие механизмы воздействия на обрабатываемый объект волны широкого диапазона частот формирование гидропотока; кавитация Главными достоинствами электрогидравлических технологий являются преобразование электрической энергии в механическую с КПД до 80%; необходимая энергия может быть просто локализована в заданной точке данным процессов можно легко управлять, изменяя параметры разряда при помощи смены рабочего напряжения и изменения емкостей батареи конденсаторов обладают характеристиками импульсного воздействия легко автоматизируются С помощью электрогидравлического эффекта можно совершать как мощные крупномасштабные воздействия (например, штамповка стальных деталей, таки точечное локальное воздействие (безопасное разрушение почечных камней при помощи специальных установок. Эти отличительные достоинства позволяют электрогидравлическим технологиям эффективно решать задачи, трудновыполнимые стандартными методами. На сегодняшний день данные технологии применяются в строительстве, в медицине, при разработке полезных ископаемых, в горном деле, в сельском хозяйстве и мелиорации, в машиностроении, в ремонте техники и гидрометаллургическом производстве. Описанный выше эффект нашел применение в нефтегазодобывающей отрасли. В.И.Лунев, М.С.Паровинчак и В.М.Зыков предложили 32 электрогидроударное устройство для, так называемой, активации нефтегазоносного пласта и способ его питания атмосферной электроэнергией патент №2208142) Предложенное устройство включает в себя воздушный и жидкостный разрядники. Один из электродов соединен с обсадной колонной, другой электрод воздушного разрядника соединен с воздушным электропроводящим каналом. Поверхность эксплуатационной колонны изолирована внутренними внешним электроизоляционным покрытием. Второй элемент установки – это жидкостный разрядник, состоящий из пары электродов. Отрицательный электрод, представляющий собой металлический стержень, закрепленный на изоляторах фильтра, заземлена положительным электродом является сам фильтр. Питание электрическим током и обеспечение работы описываемой электрогидроударной установки осуществляется при помощи атмосферной энергии. Для этого в нижнем слое атмосферы над скважиной с помощью металлического проводника, который поднимается и удерживается в приземном слое атмосферы, создают электропроводящий канал. В качестве альтернативы может служить канал, формируемый лазерным лучом или пучком направленных заряженных частиц. С помощью созданного канала производится улавливание и перенаправление электрических зарядов из атмосферы на воздушный разрядник. На разряднике формируются импульсный ток высокого напряжения, который по обсадной колонне поступает на установку в жидкостный разрядник. Затем в разряднике происходит электрический пробой жидкой фазы между фильтром и стержнем. При этом моментально образуется сильнейшая гидравлическая волна, которая оказывает мощное динамическое воздействие на призабойную область продуктивного пласта. Данное изобретение характеризуется простой конструкцией электрогидроударной установки, а также позволяет использовать атмосферное электричество для обработки нефтесодержащего 33 пласта, что позволяет отнести предложенную технологию к числу энергоэффективных разработок. Похожий способ использования электрической энергии молний нашли ученые Митюшин АИ. , Кадет В.В. (Россия, Батырбаев М.Д. (Казахстан. В описании патента №2256072 (патентообладатель Васнева Галина Ивановна. Авторами рассмотрена возможность использования импульса разряда молнии для воздействия на продуктивный пласт с целью интенсификации добычи углеводородов [48]. Для получения грозового разряда напряженность электрического поля над обрабатываемой скважиной должна быть не менее 30 кВ/м, чтобы лидерный канал молнии мог сформироваться. Чтобы исключить коронные разряды, авторы предлагают использовать для приема энергии молнии металлический стержень (так называемую, мачту, верхний конец которого представляет собой сферическую гладкую поверхность. В альтернативном случае используют гладкую проволоку, подсоединенную так, чтобы ее конец возможно было доставить навстречу грозовому облаку. Этот стержень непосредственно крепится к обсадной колонне скважины. Как только между облаком и приемником инициируется разряд молнии, поток электрической энергии, проходя по трубам обсадной колонны, устремляется в зону продуктивного пласта и растекается по нему. Ниже представлено схематическое изображение предлагаемого учеными способа (рисунок 1.2). 34 Рисунок 1.2 – Схема обработки продуктивного пласта атмосферной электрической энергией Составные части комплекса для интенсификации нефтедобычи 1 – измерительный блок, 2 – приемник электроэнергии, 3 – обсадная колонна скважины, связанная с приемником электроэнергии, 4 – горная порода, 5 – цементный камень, 6 – насосно-компрессорные трубы, 7 – затрубное пространство, 8 – металлическая мачта для инициирования грозового разряда, 9 – металлический элемент сферической формы для предотвращения коронирования. Чтобы увеличить вероятность попадания разряда молнии в металлическую мачту, приемник электроэнергии (2) изготавливают из гладкой металлической проволоки (10). Нижний конец проволоки подключен к выходу приемника (2), верхний конец подключен к воздушному шару (на чертеже не показан, который может поднимать проволоку в вертикальное положение. Альтернативой может быть небольшая ракета, которая поднимет конец проволоки на дистанцию до 300 метров навстречу грозовому облаку (17). Измерительный блок оснащается прибором для измерения напряженности электрического поляна расстоянии, а также устройством для контроля времени и электрических параметров грозового разряда. 35 Для повышения вероятности грозового разряда в данной технологии предлагается использовать лазерный блок (12), исходящий луч которого проходит в верхней области (13) над металлическим элементом (9) приемника атмосферной электроэнергии. Лазерный луч от блока (12), оснащенного длиннофокусной оптикой, проходит в верхней части металлической мачты в области сферического элемента. Это приводит к ионизации воздуха в области прохождения лазерного луча. Грозовой разряд (14), проходя через металлическую мачту и обсадную колонну, попадает в продуктивный пласт (16) через интервал перфорации. Вышеописанный комплекс и технология относится к нефтедобывающей промышленности, в частности может быть использовано для интенсификации скважинной добычи углеводородного сырья при помощи электрического воздействия на продуктивный коллектор, используя атмосферную энергию. Технический результат достигается тем, что в способе интенсификации добычи углеводородов, включающем формирование электрической энергии для импульсного воздействия на продуктивный пласт, осуществление электрического воздействия с контролем электрических параметров, согласно изобретению формирование электрической энергии для импульсного воздействия на продуктивный пласт осуществляют из энергии атмосферного электричества путем использования разряда молнии, кроме того, использование энергии атмосферного электричества при воздействии на продуктивный пласт начинают с инициирования грозового разряда, которое осуществляют при достижении напряженности электрического поля над скважиной величины не менее 30 кВ/м, а инициирование грозового разряда осуществляют путем приближения к грозовому облаку приемника электрической энергии, электрически связанного с обсадной колонной скважины, а также инициирование грозового разряда осуществляют путем ионизирования воздуха в области верхней части приемника электрической энергии. 36 Технический результат по второму изобретению достигается тем, что устройство для интенсификации добычи углеводородов содержит блок измерения и приемник электрической энергии атмосферного электричества, выход которого электрически связан с обсадной колонной скважины, кроме того, для инициирования грозового разряда приемник электрической энергии атмосферного электричества выполнен в виде металлической мачты, на верхнем конце которой расположен металлический элемент сферической формы с гладкой внешней поверхностью для исключения коронирования, а нижний конец металлической мачты является выходом приемника, а также для инициирования грозового разряда приемник электрической энергии выполнен в виде гладкой металлической проволоки, нижний конец которой является выходом приемника, а верхний конец механически связан с воздушным шаром, имеющим возможность подъема проволоки в вертикальное положение. Помимо этого для инициирования грозового разряда приемник электрической энергии выполнен в виде гладкой металлической проволоки, нижний конец которой является выходом приемника, а верхний конец - механически связан с корпусом малой ракеты, способной поднять его навстречу грозовому облаку на высоту не менее м. Блок измерения содержит прибор для дистанционного измерения напряженности электрического поля и прибор для измерения временных и электрических характеристик грозового разряда. Кроме того, для инициирования грозового разряда дополнительно введен лазерный блок, луч которого направлен в верхнюю область пространства над металлическим элементом сферической формы приемника электрической энергии, согласно изобретению высота металлической мачты преимущественно равна 30 м, а металлический элемент имеет форму шарового насада с диаметром не менее 20 см. Среди недостатков способа необходимо отметить возможность реализации метода только в сезон грозообразования. Также для инициализации грозового разряда необходимо применение дополнительных 37 мер по его возбуждению. Водном из таких способов авторы предлагают использовать небольшую ракету, соединенную с мачтой проволокой. Поднимаясь на высоту около м в сторону грозового облака, ракета провоцирует разряд молнии на себя. Энергия разряда с помощью проволоки поступает на мачту, далее по обсадной колонне спускается в продуктивный пласт. Ракета, несущая за собой заземленную через мачту 8 тонкую проволоку 10, с большей вероятностью возбуждает молнию при подъеме на высоту, чем стационарно стоящая металлическая мачта 8. Это обусловлено тем, что около быстро движущейся ракеты 11 не успевает накапливаться заряд короны. Использование запуска малой ракеты с прикрепленной заземленной металлической тонкой проволокой 10 гарантирует возбуждение молнии в 60-70% случаев. Второй способ инициирования грозового разряда заключается в ионизации воздуха в верхней части мачты с помощью импульсного лазера. Излучение лазера 12 фокусируется с помощью длиннофокусной оптики в верхней части приемной мачты 8. В качестве лазеров можно использовать лазеры с излучением света с длинной волны равной 248 нм и мощностью импульса порядка 1 ГВт. Ионизацию воздуха можно осуществить короткими и мощными импульсами ультрафиолетового излучения. К нему добавляется импульсное излучение другого лазера с большей длиной волны. Благодаря такому сочетанию излучение лазеров тратится только на ионизацию и, следовательно, можно использовать лазеры с меньшей мощностью излучения. Благодаря действию лазерных излучений разной длины волны в верхней части приемной мачты 8 образуется ионизированная область воздуха, которая является началом лидерного разряда. Далее в забойной части продуктивного грунта образуется объемный заряд, который является источником неоднородного электрического поля в продуктивном пласте. Благодаря большей электропроводности первого пространства, заполненного флюидом, чем скелета пласта, объемный заряд 38 растекается по пласту. Неоднородное электрическое поле и растекание униполярного электрического заряда в пласте интенсифицируют электрокинетические явления (см. Тихомолова К.П. Электроосмос. -Л Химия 1989. - 248 с, которые приводят к положительному эффекту повышению дебита, уменьшению обводненности продукции, увеличению нефтеотдачи продуктивного пласта [89]. Таким образом, использование энергии атмосферного электричества в практике добычи углеводородов по сравнению с существующими технологиями обладает существенными преимуществами - используется дармовая возобновляемая энергия атмосферного электричества, - относительная простота реализации способа электровоздействия на продуктивный пласт, - возможность получения огромного количества энергии в течение малого времени, - импульсное электровоздействие на продуктивный пласт является наиболее эффективным, поэтому естественный импульсный характер грозового разряда исключает необходимость использования специальной аппаратуры для получения импульсного тока большой мощности, что также приводит к значительному упрощению способа электровоздействия на продуктивный пласт, - использование атмосферного электричества исключает использование дизельных электрогенераторов, линий электропередач, различных преобразователей электрической энергии, что позволяет использовать метод электровоздействия на продуктивный пласт в труднодоступных промысловых районах, - использование большой энергии атмосферного электричества продлевает действие положительного эффекта, что позволяет увеличить промежуток времени между процессами электровоздействия на продуктивный пласт. 39 К перспективным видам электромагнитного воздействия на пласт также можно отнести использование магнитной жидкости [22]. Нанохимия магнитных материалов - одно из наиболее активно развиваемых направлений современной нанонауки, которое в последние годы привлекает все большее внимание исследователей из различных областей химии, физики, биологии и медицины [9, 10]. В ряду магнитных наноматериалов большое место занимают ферромагнитные жидкости (МЖ). Многолетний повышенный интерес к МЖ со стороны теоретиков и экспериментаторов, перспектива их широкого использования привели к тому, что к настоящему времени наука о магнитных жидкостях стала самостоятельной, чрезвычайно интересной и практически полезной областью исследований, находящейся на стыке физической химии коллоидов, физики магнитных явлений и магнитной гидродинамики. По мере изучения всего многообразия физико-химических свойств магнитных жидкостей и поведения МЖ при изменении внешних факторов спектр их практического применения в различных областях науки и техники расширяется, а потребность в стабильных магнитных жидкостях всё больше возрастает. Ферромагнитная жидкость (ФМЖ, магнитная жидкость, феррофлюид) от латинского ferrum – железо) представляет собой коллоидный раствор, состоящий из ферромагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода. В качестве магнитной фазы в них используют частицы магнетита Fe 3 O 4 или ферриты. Для обеспечения устойчивости такой жидкости ферромагнитные частицы связываются с поверхностно-активным веществом (ПАВ, образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующем их слипанию из-за Ван-дер-Ваальсовых или магнитных сил. Несмотря на название, ферромагнитные жидкости не проявляют ферромагнитных свойств, поскольку не сохраняют остаточной намагниченности после исчезновения 40 внешнего магнитного поля. На самом деле ферромагнитные жидкости являются парамагнетиками и их часто называют «суперпарамагнетиками» из- за высокой магнитной восприимчивости. Свойства магнитной жидкости определяются совокупностью характеристик входящих в нее компонентов (твердой фазы, жидкости- носителя и стабилизатора, варьируя которыми можно в довольно широких пределах изменять физико-химические параметры МЖ в зависимости от конкретных условий их применения. Это позволяет отнести магнитные жидкости к так называемым умным материалам. Магнитные жидкости уникальны тем, что высокая текучесть сочетается в них с высокой намагниченностью – в десятки тысяч раз большей, чему обычных жидкостей. Секрет такой высокой намагниченности заключается в том, что в обычную жидкость, например в жидкий углеводород, внедряется огромное количество мелких сферических частиц, которые представляют собой миниатюрные постоянные магниты. Каждый микроскопический постоянный магнитик хаотически вращается и перемещается в жидкой среде под действием теплового движения. Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты частиц, что приводит к изменению магнитных, оптических и реологических свойств раствора. Высокая чувствительность свойств раствора к внешнему полю позволяет управлять поведением магнитных жидкостей и использовать их в прикладных задачах. Каждая магнитная частица в магнитной жидкости покрыта тонким слоем защитной оболочки, что предотвращает слипание частица тепловое движение разбрасывает их по всему объему жидкости. Поэтому, в отличие от обычных суспензий, частицы в магнитных жидкостях не оседают на дно и могут сохранять свои рабочие характеристики в течение многих лет. Тем не менее, ПАВ в составе жидкости имеют свойство распадаться со временем (примерно несколько лети, в конце концов, частицы слипнутся, выделятся из жидкости и перестанут влиять на реакцию жидкости на магнитное поле. Также ферромагнитные жидкости теряют свои 41 магнитные свойства при своей температуре Кюри, которая для них зависит от конкретного материала ферромагнитных частиц, ПАВ и несущей жидкости [13]. У ферромагнитных жидкостей очень высокая магнитная восприимчивость – достаточно маленького стержневого магнита, чтобы на поверхности жидкости с парамагнитными свойствами возникла регулярная структура из складок. Этот эффект известен как нестабильность в нормально направленном поле. Магнитная жидкость обладает еще одним удивительным свойством. В ней, как ив любой жидкости, плавают тела менее плотные и тонут тела более плотные, чем она сама. Но если приложить к ней магнитное поле, то утонувшие тела начинают всплывать. Чем сильнее поле, тем более тяжелые тела поднимаются на поверхность. В большинстве своём, магнитные жидкости имеют сильно выраженную чёрную окраску в объёме, благодаря присутствию в них в качестве высокодисперсной магнитной фазы магнетита. Однако известны магнитные жидкости, в которых магнитная высокодисперсная фаза может быть представлена частицами другого происхождения (гамма-оксида железа, ферритов марганца, кобальта, цинка и никеля. В этом случае МЖ могут иметь окраску от тёмно-коричневой до оранжево-жёлтой, а при соблюдении некоторых особых условий их синтеза удаётся получить магнитные высокодисперсные системы очень широкого спектра цветов и оттенков. Добавление в магнитные коллоидные системы некоторых специальных красителей позволяет изменить окраску МЖ, что нашло широкое применение в печатной промышленности при создании магнитных красок и чернил. В настоящее время магнитные жидкости возможно применять в качестве магнитных смазок (снижает трение на 20% эффективнее, NASA проводило эксперименты по использованию ферромагнитной жидкости в замкнутом кольце как основу для систем стабилизации космического корабля в пространстве. Существуют печатающие и чертежные устройства, 42 работающие на магнитной жидкости. Также магнитная жидкость может быть использована для ликвидации аварийных разливов нефти с поверхности водоемов. Существует перспектива применения магнитной жидкости в роли вытесняющего агента в нефтедобыче. Создавая электромагнитное поле в продуктивном пласте, можно управлять движением ферромагнитной жидкости [11,12]. Выводы по разделу 1 1. Проанализирована проблема добычи трудноизвлекаемых запасов и выявлена технология для увеличения нефтеотдачи, а именно воздействие физическими полями (электрическим током. 2. Существующие методы воздействия на продуктивные нефтяные пласты при помощи электрической энергии можно разделить натри группы а) электромагнитное воздействие б) плазменно-импульсное воздействие на призабойную зону пласта в) электрическое воздействие 3. Входе анализа предыдущего опыта среди всех видов электрического воздействия электромагнитная обработка выделена, как наиболее эффективная, так как характеризуется глубоким проникновением в коллектор и неразрушающим действием на породу пласта. |