Научная статья. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СКВАЖИННОГО ЭЛЕКТРОДНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ ДЛЯ. Обоснование применения скважинного электродного нагревателя для добычи высоковязкой нефти Аннотация

• Название: Обоснование применения скважинного электродного нагревателя для добычи высоковязкой нефти Аннотация
• Анкор: Научная статья
• Дата: 14.11.2022
• Размер: 125.08 Kb.
• Имя файла: ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СКВАЖИННОГО ЭЛЕКТРОДНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ ДЛЯ .docx
• Тип: Документы; #788116

УДК 519.688
обоснование применения скважинного электродного нагревателя для добычи высоковязкой нефти
Аннотация. В данной статье основываясь на работу скважинного электродного нагревателя была обоснована ее эффективность. Учитывалась зависимость электрофизических свойств рабочей жидкости от температуры, которая залегает в основу метода проведения тепловой обработки призабойной зоны пласта с высоковязкой нефтью. Доказано, что учет электрофизических свойств рабочей жидкости повышает эффективность всего процесса обработки способствуя тем самым обрабатывать нефтяные пласты на глубинах свыше одного километра и более.

Ключевые слова: электродный нагреватель, тепловая обработка, скважина, высоковязкая нефть, электрическая проводимость, повышение нефтеотдачи.

UDC 519.688
Justification of the use of a downhole electrode heater for high-viscous oil production

Abstract. In this article, based on the work of the well electrode heater, its effectiveness was substantiated. The dependence of the electrophysical properties of the working fluid from the temperature, which flows the basis of the method of thermal treatment of the bottom-viscous zone of the formation with high-viscous oil. It has been proven that the accounting of the electrophysical properties of the working fluid increases the efficiency of the entire processing process, thereby contributing to the processing of oil layers at the depths of more than one kilometer and more.

Keywords: electrode heater, thermal processing, well, high-viscous oil, electrical conductivity, raising oil recovery.

Introduction

Одним из актуальных вопросов нынешнего времени в области добычи нефти является разработка месторождений высоковязких нефтей. По оценкам экспертов запасы высоковязких нефтей во всем мире в 7 раз больше запасов легкой нефти. И одним из эффективных и не имеющих альтернативы на сегодня является разработка залежей высоковязкой нефти, запасы которой во всем мире приблизительно в 7 раз превышают запасы легкой нефти. Наиболее эффективными и не имеющими на сегодня альтернативы признаны мировыми специалистами методы термовоздействия на продуктивные пласты [1-3].

Рабочим агентом в таких устройствах является водяной пар и горячая вода, обладающие высокими значениями удельной теплоемкости и нефтевытесняющей способности и при нагнетании которых в пласт, повышает его температуру, уменьшая при этом вязкость и плотность нефти, повышая упругость паров, что благоприятно влияет на нефтеотдачу. В результате этого производительность скважин по нефтеотдаче может быть увеличена в 10…30 раз так как дебит нефти обратно пропорционален ее вязкости. Для тяжелых нефтей резкое снижение вязкости происходит при нагреве до температуры 140…160^оС. Эффективность процесса вытеснения нефти теплоносителями зависит от термодинамических условий пласта свойств пластовых жидкостей, пористости среды, технологии и других факторов и может изменяться в широких пределах [4-6].

Однако, современные и широко используемые на сегодняшний день термические методы добычи ВВН имеют ряд недостатков, основные из которых: высокие материало- и капиталоёмкость теплоэнергетического оборудования, низкая эффективность за счет потери теплоты в распределительной трубопроводной системе и в скважине, а также из-за сжигания части добытой нефти или газа в парогенераторах, негативное влияние на окружающую среду.

Materials and methods

При проведении анализа посвященной теме: «Обоснование применения скважинного электродного нагревателя для добычи высоковязкой нефти» использовались метод литературного анализа научных публикаций посвященной теме статьи, издаваемые в периодической литературе.

Results

В Санкт-Петербургском Горном университете проводится исследование методов повышения нефтеотдачи месторождений высоковязких нефтей и разрабатываются принципиально новые решения в данной области на основе применения комплексов, основанных на скважинных электродных нагревателях (СЭН), являющиеся наиболее перспективными термическими методами добычи и лишенные перечисленных выше недостатков [5]. Эффективность метода достигается за счет одновременного наложения эффектов гидро- и термодинамического воздействия, при этом тепло в нефтяном пласте оказывает влияние на все ее компоненты и радикально изменяет связи и фильтрационные условия, что выражается в уменьшении вязкости нефти, увеличении ее подвижности, ослаблении структурно-механических свойств, улучшении условий для капиллярной пропитки и, как следствие, увеличении коэффициента вытеснения и конечной нефтеотдачи. Разрабатываемые забойные электротермические устройства обладают относительно малыми металло и капиталоёмкостями, позволяют создать эффективные экологически безопасные и ресурсосберегающие технологии добычи высоковязкой нефти.

Электротермический комплекс позволяет выполнять технологические операции по паротепловому воздействию (ПТВ), импульсно- дозированному тепловому воздействию (ИДТВ) и термогидродинамическому воздействию. Режим ПТВ реализуется при заданных часовых расходах тепловой энергии и котловой воды, которые обеспечивают определённое количество пара в зоне продуктивного пласта с сухостью, зависящей от соотношения часовых количеств энергии и воды. Режим ИДТВ обеспечивается чередующимися импульсами ПТВ и подачей котловой воды с увеличенными часовыми расходами, чем достигается ускоренное продвижение теплового фронта в пласте.

СЭН (рис.1) закрепляется на конце колонны насосно- компрессорных труб и состоит из металлического корпуса (1), выполненного в форме цилиндра диаметром 127 мм. Центральный токовод (2) закреплён в верхней части корпуса через проходной изолятор. Внутри корпуса на токовод нанизаны диски (3) площадью 30 см2, играющие роль фазных электродов. Вода подается с поверхности по трубам с объемным расходом G не менее 3 м3/час, а в сам нагреватель поступает по центральному отверстию внутри токовода. По силовому кабелю на фазные электроды, расположенные друг от друга на расстоянии l = 10 см, подают напряжение U=6 кВ, после чего от фазных электродов через воду к нулевому электроду-корпусу течёт ток, вызывая нагрев воды, которая подается в забой, производя в дальнейшем тепловую обработку призабойной зоны.

В связи с тем, что выделяемая в электродном нагревателе мощность во многом зависит от электрофизических свойств рабочей жидкости, подаваемой с поверхности, необходимо более детально рассмотреть вопросы, касающиеся теплового режима работы СЭН. Это в свою очередь позволит проводить корректную водоподготовку в процессе эксплуатации электротермического комплекса в целом и повышать его энергоэффективность.
Рисунок 1 - Схема скважинного электродного нагревателя: 1 – корпус СЭН; 2 – центральный токовод; 3 – фазные электроды; 4 – эксплуатационная колонна
Рассмотрим элементарный участок СЭН высотой dx и площадью поперечного сечения S, через который движется рабочая жидкость (вода) с объемным расходом G. За счет протекания в нем электрического тока происходит, нагрев на температуру dТ. При этом введем допущение, что выделяемая в рабочей жидкости мощность расходуется на ее нагрев, без тепловых потерь наружу через стенки корпуса СЭН. Данное допущение правомочно для установившегося режима работы нагревателя, поскольку с наружной стороны он будет окружен нагретым водяным слоем и, соответственно, стенки корпуса можно считать адиабатами, т.е. непроницаемыми для теплового потока.

Запишем уравнение теплового баланса с учетом того факта, что удельная теплоемкость с и плотность γ воды на данном участке СЭН слабо зависят от температуры и их можно принять постоянными:

(1)

Объемную плотность источников теплоты q_v(T), выделяемую в межэлектродном интервале СЭН длиной l и площадью поперечного сечения S, определим по формуле:

(2)

где S_эфф – эффективная площадь поперечного сечения проводящего участка рабочей жидкости в межэлектродном интервале (рис.2) с удельным электрическим сопротивлением ρ(Т), в общем виде зависящим от температуры. Площадь проводящих окон в изоляционной вставке подбиралась равной площади фазного электрода. В первом приближении эффективную площадь S_эфф проводящего участка также можно принять равной площади фазного электрода. В случае, если принять электрическое сопротивление не зависящим от температуры и равное постоянной величине, то исходя из формулы (2), q_v=const и, соответственно, с учетом (1), изменение температуры Т(х) по длине СЭН описывается линейной зависимостью:

(3)



Рисунок 2 – Фрагмент межэлектродного интервала СЭН
Conclusion

В результате проведенного анализа посвященной использованию скважинного электродного нагревателя для добычи высоковязкой нефти была установлена эффективность ее применения и обоснована с точки зрения физико-химических процессов, протекающих внутри скважинного электродного нагревателя. Следует отметить, что данный электродный нагреватель следует опускать на глубину, не превышающую 1500 метров, так как при больших глубинах высокое давление будет стимулировать большую температуру рабочей жидкости, содержащийся в электродном нагревателе, высокие значения которых будет способствовать разрушению скважинного электродного нагревателя.
Список использованных источников

1. 
   Бурже Ж., Сурио П., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. Пер. с франц. М.: Изд. «Недра», 1989. 422 с.
   
2. 
   G.R. Igtisamova, D.Sh. Nosirov, Peculiarities of problem solving at studying well drilling with the use of linear differential equations with constant coefficients, Advances in Engineering Research (AER) (International conference "Actual issues of mechanical engineering" (AIME 2018)), 157, pp. 211-214, (2018) DOI: 10.2991/aime-18.2018.41
   
3. 
   Игтисамова, Г.Р. Решение линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, применяемые в нефтегазовой промышленности [Текст] / Г.Р. Игтисамова, Д.Ш. Носиров, // Сборник научных трудов 45-ой международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в. 2-х. т. / отв. ред. В.Ш. Мухаметшин. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018. – Т.1. – С. 415-417.
   
4. 
   Кудинов В.И. Совершенствование тепловых методов разработки месторождений высоковязких нефтей. М.: Изд. «Нефть и газ», 1996. 284 с.
   
5. 
   Антониади Д.Г., Гарушев А.Р., Ишханов В.Г. Настольная книга по термическим методам добычи нефти. Краснодар: Изд. «Красная Кубань», 2000. 464 с.
   
6. 
   Молчанов А.А., Агеев П.Г. Внедрение новых технологий – надежный путь извлечения остаточных запасов месторождений углеводородов // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 530-539.