Развитие методологии предупреждения отложений солей, асфальтеносмолопарафиновых веществ и разрушения водонефтяных эмульсий с применением электромагнитного поля при эксплуатации нефтяных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Алимбекова Софья Робертовна

• Алимбекова Софья Робертовна
• доктор наук
• 2025

Оглавление диссертации доктор наук Алимбекова Софья Робертовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОПЫТА БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ СОЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ СОЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

1.1.1 Источники солеобразования

1.1.2 Состав отложений неорганических солей на нефтепромысловом оборудовании

1.2 ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ СОЛЕЙ

1.3 МЕТОДЫ ИНГИБИРОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЯ СОЛЕЙ

1.3.1 Химические методы ингибирования отложений солей

1.3.2 Безреагентные методы предотвращения отложений солей

1.3.2.1 Технологические методы

1.3.2.2 Физические методы

1.3.2.3 Защитные покрытия

1.4 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ

1.4.1 Действие магнитного и электромагнитного полей на кристаллизацию карбоната кальция

1.4.2 Опыт исследований отложения образующихся частиц солей из водного раствора на поверхности оборудования при воздействии физических полей

1.4.3 Опыт обработки воды с применением соленоидных катушек

1.4.4 Действие поверхностно-активных и органических веществ на кристаллизацию карбоната кальция

ГЛАВА 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ СОЛЕЙ,

ПАРАФИНООТЛОЖЕНИЕ, АСФАЛЬТЕНОСМОЛОПАРАФИНОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ, КОРРОЗИЮ И РАЗДЕЛЕНИЕ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

2.1 ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

2.1.1 Лабораторные опыты с ячейкой

2.1.2 Устройство для обработки водных растворов солей и водоэмульсионных сред, содержащих нефтепродукты, электромагнитным и акустическим полями

2.1.3 Устройство для обработки водонефтяной эмульсии импульсным электромагнитным полем

2.1.4 Устройство (стенд) для исследования влияния электромагнитного поля в условиях, приближенных к скважинным

2.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ СОЛЕЙ

2.2.1 Влияние электромагнитного поля на форму кристаллов, их размеры при кристаллизации карбоната кальция, сульфата кальция, сульфата стронция и сульфата бария

2.2.2 Влияние ионной силы раствора на размеры кристаллов CaCO3 в процессе кристаллизации без и в присутствии электромагнитного поля

2.2.3 Влияние электромагнитного поля на кристаллизацию карбоната кальция в присутствии ионов железа (II)

2.2.4 Влияние электромагнитного поля на коррозию низкоуглеродистой стали

2.2.5 Влияние электромагнитного поля и добавок полисахаридов на процессы кристаллизации карбоната кальция

2.3 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ЧАСТОТЫ НА ИНГИБИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ СОЛЕЙ

2.4 ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ ПАРАФИНОВ

2.5 ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДЕЭМУЛЬСАЦИЮ (ВОДООТДЕЛЕНИЕ) СТОЙКИХ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

2.5.1 Влияние магнитного поля низкой частоты и электромагнитного импульсного поля на вязкость водонефтяной эмульсии

2.6 МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СОЛЕОБРАЗОВАНИЕ И ОТЛОЖЕНИЕ СОЛЕЙ

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТАНОВКИ, ЕЕ РЕАЛИЗУЮЩЕЙ

3.1 ПРИНЦИПЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОТЛОЖЕНИЕ СОЛЕЙ НА ПРИМЕРЕ ПРИОБСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

3.2 РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВИДЕ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

3.2.1 Основные принципы разработки промышленного образца резонансно-волнового комплекса для разделения водонефтяных эмульсий в нефтесборном коллекторе

3.2.2 Варианты промышленных решений реализации технологии резонансно -волнового воздействия

3.2.3 Вариант промышленной реализации технологии резонансно-волнового комплекса в наземном исполнении

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

199

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ. ПОДБОР СКВАЖИН ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

4.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1.1 Результаты опытно-промышленных испытаний резонансно-волнового комплекса на Приобском месторождении

4.1.2 Общий анализ результатов опытно-промышленных испытаний резонансно-волнового комплекса на скважинах ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь»

4.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СОЛЕОТЛОЖЕНИЕ

4.2.1 Многоуровневая модель представления процессов добычи углеводородов221

4.2.2 Методика подбора скважин для внедрения резонансно-волнового комплекса на основе лабораторных и полевых исследований влияния электромагнитного поля на отложения солей

4.2.3 Применение машинного обучения для прогнозирования внедрения резонансно-волнового комплекса на основе анализа результатов исследования влияния электромагнитного поля на отложения солей, характерных для осложненного фонда нефтегазовых скважин

4.3 КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ВИДЕ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

4.4 ДАННЫЕ РАБОТЫ СКВАЖИН, ОБОРУДОВАННЫХ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВЫМ КОМПЛЕКСОМ. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 5 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА

5.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

5.2 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

5.3 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА

5.4 ШАБЛОНЫ ПРИМЕНИМОСТИ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА

5.5 ОБОСНОВАНИЕ ЦЕНЫ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 6 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

6.1 СООТВЕТСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ЦЕЛЯМ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

6.2 ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАЧКОВ DAPHNIA MAGNA

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А - Дифрактограммы образцов осадка

Приложение Б - Результаты исследований влияния NaCl различной концентрации на кристаллизацию CaCO3 под влиянием электромагнитного поля и без него

Приложение В - Акт опытно-промышленных испытаний

резонансно-волнового комплекса на скважине №52УРШ

Приложение Г - Акт опытно-промышленных испытаний

резонансно-волнового комплекса на скважинах ООО «Башнефть-Добыча»

Приложение Д - Акт опытно-промышленных испытаний

резонансно-волнового комплекса на скважине ЦДНГ-8 «Когалымнефтегаз»

Приложение Е - Акт опытно-промышленных испытаний

резонансно-волнового комплекса на скважине ЦДНГ-10 «Урайнефтегаз»

Приложение Ж - Акт опытно-промышленных испытаний

резонансно-волнового комплекса на скважинах ОАО «Самаранефтегаз»

Приложение З - Письмо о серийном производстве резонансно-волнового комплекса

Приложение И - Письмо о серийном производстве резонансно-волнового комплекса

Приложение К - Письмо об эффективности защиты резонансно-волновым комлпексом по «РН-Юганскнефтегаз»

Приложение Л - Данные об эксплуатации резонансно-волнового комлпекса

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие методологии предупреждения отложений солей, асфальтеносмолопарафиновых веществ и разрушения водонефтяных эмульсий с применением электромагнитного поля при эксплуатации нефтяных месторождений»

Актуальность темы исследования

На подавляющем большинстве всех современных нефтегазовых месторождений при появлении в продукции скважин попутно-добываемой воды происходит отложение неорганических солей. Выпадение солей в процессе добычи приводит к снижению продуктивности скважин, отказу насосного оборудования, снижению пропускной способности трубопроводов и осложнениям при подготовке нефти. Эта проблема на сегодняшний день решается, но затраты на ликвидацию или предупреждение отложений, а, следовательно, и потери добываемой нефти очень существенны. Химический состав и солевая насыщенность промысловых вод меняется при разработке месторождения по мере выработки запасов нефти, что обусловливает изменчивость состава солевых отложений во времени, причем в их состав включаются полярные компоненты нефти, такие как смолы и асфальтены. К типичным солевым отложениям в добыче нефти относятся сульфатные, карбонатные, реже - сульфидные малорастворимые соли. Отложения солей могут формироваться на любой поверхности вне зависимости от материала поверхности и качества его обработки. После формирования кристаллических зародышей в динамических или статических условиях они продолжают расти, формируя поликристаллические образования до достижения состояния равновесия между раствором и твердой фазой [1-3].

Наиболее распространенным методом предотвращения образования и отложения малорастворимых неорганических солей является использование специальных химических соединений (ингибиторов), задерживающих образование и рост кристаллов соли. Технологии, разработанные на основе ингибиторов, предполагают достаточно большие объемы их применения, что создает дополнительную экологическую нагрузку в процессе добычи нефти [2].

Представленный в работе метод предотвращения отложений солей на скважинном и нефтепромысловом оборудовании, основанный на воздействии электромагнитного поля (ЭМП) на добываемые флюиды, реализует механизм торможения зарождения и роста кристаллов, изменения их дисперсности и

перехода в другое полиморфное состояние. Разработанная на основе ингибирующего влияния ЭМП на кристаллизацию солей технология позволяет существенно поднять эффективность работы скважинного оборудования даже при полном отказе от использования ингибиторов отложения солей.

Процессы добычи и транспортировки нефти также сопровождаются образованием парафиновых и асфальтеновых отложений, вызывающих осложнения в работе скважин, нефтепромыслового оборудования и трубопроводных коммуникаций. Для проведения очистки скважинного оборудования и трубопроводов наиболее часто применяют механические скребки, углеводородные растворители, нагрев, но их применение сопровождается большими затратами и не всегда является эффективным мероприятием. Поэтому внедрение в практику работ воздействия электромагнитного и акустического волновых полей с целью препятствования отложению парафинов, смол и асфальтенов на насосах и стенках скважин, а также дезинтеграции водонефтяной эмульсии (ВНЭ) является перспективным направлением в оптимизации добычи нефти.

В рамках диссертационного исследования решена важная народно -хозяйственная проблема появления внештатных ситуаций, связанных с риском нанесения ущерба окружающей среде и эксплуатируемому оборудованию, в сложных технических системах добычи и транспортировки нефти. Предложенное решение позволяет увеличить сроки эксплуатации скважинного и трубопроводного оборудования за счет применения технологий и устройств, основанных на воздействии на добываемые флюиды электромагнитным и ультразвуковым полями, которые препятствуют образованию отложений солей, асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и вязких ВНЭ. Предложено развитие научно-методических основ применения технологий, нацеленных на обеспечение большей системной надежности сложных технологических объектов на всех этапах добычи углеводородного сырья.

Исследование выполнено в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВО «Уфимского государственного авиационного

технического университета» в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России (задание № 4.2703.2017/ПЧ) и при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 14-33-00022).

Степень разработанности темы исследования

Значительный вклад в изучение механизма и условий образования отложений неорганических солей, а также в разработку методов их предотвращения внесли российские и зарубежные ученые, такие как Антипин Ю.В., Антониади Д.Г., Ахметшина И.З., Байбаков Н.К., Валеев М.Д., Волошин

A.И., Галеева Г.В., Ганиев Р.Ф., Гарушев А.Р., Гаттенбергер Ю.П., Гиматудинов Ш.К., Глазков A.A., Гуськова И.А., Доломатов М.Ю., Емков А.А., Ибрагимов Л.Х., Исаев М.Г., Ишханов В.Г., Кащавцев В.Е., Ким В.К., Люшин С.Ф., Маринин Н.С., Маричев Ф.Н., Мищенко И.Т., Михайлов С.А., Петраков Д.Г., Сыртланов А.Ш., Телин А.Г., Фасхутдинов P.A., Хисамутдинов Н.И., Персиянцева М.Н., Graham G.M., Jamialahmadi M., Jordan M.M., Kan A.T., Mackay E.J., Moghadasi J., Oddo J.E., Ramstad K., Sorbie K.S., Tomson M.B., Vazquez O., Vetter O.J., Yuan M.D. и другие. В работах вышеприведенных ученых изложены широко применяемые на практике результаты исследований процессов кристаллизации солей из минерализованной воды, добываемой на месторождениях, методов предупреждения и удаления отложения солей в пласте, насосном оборудовании и системах нефтесбора. Исследования применения физических полей для предупреждения отложения солей, АСПО и разрушения ВНЭ в нефтедобыче представлены в работах Алимбекова Р.И., Гиматудинова Ш.К., Дыбленко В.П., Ковалевой Л.А., Лесина

B.И., Мищенко И.Т., Мосина О.В., Тронова В.П., Chow R., Gabriell C., Higashitami K., Kobe S., Kojima Y. В исследованиях указанных авторов выдвигаются различные гипотезы влияния электромагнитного, акустического поля на кристаллизацию солей в различных технологических системах, предложены и разработаны устройства по воздействию физических полей на обрабатываемые минерализованные водные растворы. Анализ проводимых исследований в области влияния физических полей (электромагнитных, акустических) на процессы структурообразования в нефти показывает очевидную их перспективность и

актуальность для управления разработкой месторождений нефти и создания систем, обеспечивающих более экономичные технологии добычи. Вместе с тем, в работах указанных авторов отсутствуют обобщающие исследования о влиянии ЭМП на добываемые пластовые флюиды, отсутствует рассмотрение общей стратегии применения ЭМП при разработке месторождении на этапах добычи, транспорта, подготовки нефти и воды с целью минимизации осложнений, связанных с отложениями солей, АСПО и со стабильностью ВНЭ.

Соответствие паспорту заявленной специальности

Содержание диссертационной работы соответствует специальности 2.8.4. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений - «Геолого-физические, геомеханические, физико-химические, тепломассообменные и биохимические процессы, протекающие в естественных и искусственных пластовых резервуарах и окружающей геологической среде при извлечении из недр и подземном хранении жидких и газообразных углеводородов и водорода известными и создаваемыми вновь технологиями и техническими средствами для развития научных основ создания эффективных систем разработки, обустройства и эксплуатации месторождений и подземных хранилищ жидких и газообразных углеводородов и водорода, захоронения кислых газов, включая диоксид углерода.» (п.2), технологии и технические средства обустройства, добычи, сбора и подготовки скважинной продукции и технологические режимы их эксплуатации, диагностика оборудования и промысловых сооружений, обеспечивающих добычу, сбор, внутрипромысловый транспорт и промысловую подготовку нефти и газа к транспорту, на базе разработки, развития научных основ, ресурсосбережения и комплексного использования пластовой энергии и компонентов осваиваемых минеральных ресурсов с учетом гидрометеорологических, инженерно-геологических и географических особенностей расположения месторождений (п.5).

Цель работы - научное обоснование влияния ЭМП на кристаллизацию неорганических солей из перенасыщенных водных растворов при добыче нефти, на процессы формирования АСПО и на эффективность разделения ВНЭ на нефть и

воду, а также разработка устройств, генерирующих ЭМП, принципы которых опираются на выявленные закономерности влияния ЭМП на указанные процессы, и разработка общей концепции эксплуатации месторождений с применением предложенных устройств.

Объект исследования - процесс добычи, сбора и подготовки углеводородного сырья, осложненный процессами отложения неорганических солей и АСПО на скважинном и трубопроводном оборудовании.

Предмет исследования - процесс и механизм отложения солей, АСПО на внутрискважинном оборудовании, процесс разделения ВНЭ под воздействием ЭМП.

Основные задачи исследования:

1. Установление закономерностей влияния различных частот переменного ЭМП и других факторов на кристаллизацию неорганических солей (морфологию и состав) и парафинов, на разделение ВНЭ с учетом опыта применения химических, физико-химических и физических технологий борьбы с отложениями солей, АСПО и разрушения ВНЭ в скважинах и транспортных коммуникациях на месторождениях в различных условиях. Разработка научно обоснованных методов управления процессом кристаллообразования для снижения объема отложения солей при добыче углеводородов на основе установленных закономерностей. Создание экспериментального оборудования для исследования процессов отложения солей, АСПО и разрушения ВНЭ на основе разработанных методик физического моделирования влияния переменного ЭМП с различными параметрами на кристаллизацию малорастворимых солей в зависимости от состава растворов, на кристаллизацию и отложения парафинов, на разрушение ВНЭ с учетом магнитных свойств природных стабилизаторов эмульсии.

2. Разработка системы, реализующей методику обработки углеводородного сырья и пластовых вод с помощью физических полей при разработке месторождений нефти.

3. Верификация предложенной технологии на основе опытно-промышленных испытаний, внедрения и эксплуатации разработанных устройств в

нефтегазовой отрасли. Обзор перспектив применения предложенной технологии во всей системе эксплуатации нефтяного месторождения, а также в других областях промышленности.

Научная новизна

1. Экспериментально установлено влияние переменного ЭМП с частотой 50250 кГц на морфологию и размеры образующихся кристаллов карбоната кальция, сульфата кальция, стронция и бария. Обнаружено влияние переменного ЭМП на образования полиморф карбоната кальция, установлены закономерности образования каждой из полиморф в зависимости от частоты переменного ЭМП и ионной силы раствора. Установлены закономерности совместного влияния «зеленых» ингибиторов отложения солей на основе полисахаридов и переменного ЭМП, показано, что полисахариды и переменное ЭМП проявляют синергизм, приводящий к существенному уменьшению размеров кристаллов карбоната кальция и преимущественному его формированию в виде арагонита. Экспериментально доказана эффективность совместного применения переменного ЭМП и деэмульгаторов с целью разделения ВНЭ при значительном снижении концентрации добавляемых деэмульгаторов в 2-3 раза. Предложен механизм влияния ЭМП на ВНЭ, заключающийся в действии сил Лоренца на бронирующую оболочку глобул воды в нефти. Установлено влияние переменного ЭМП частотой 15-22 Гц на процессы формирования АСПО в нефти, заключающееся в увеличении вязкости парафинистой нефти при воздействии поля при температурах ниже температуры насыщения нефти парафином, что приводит к уменьшению коэффициента диффузии кристаллов парафинов и, соответственно, их радиальному переносу к холодной стенке. Показано, что в присутствии реагентов-модификаторов парафинов эффект влияния ЭМП на парафинистую нефть усиливается.

2. Разработана методика для исследования кристаллообразования солей под воздействием переменного ЭМП в условиях, существующих в скважинах, по температуре, составу пластовой воды, с применением совместного и раздельного действия поля и ингибиторов. Предложенная методика включает возможность

изучения кристаллизации солей в объеме жидкости и на металлической поверхности.

3. Установленные закономерности влияния ЭМП на размеры кристаллов солей и интенсивность выпадения солей в воде, содержащейся в углеводородном сырье, а также на АСПО и ВНЭ, реализованы в предложенном комплексном способе одновременного воздействия ЭМП на структуру системы нефть-газ-вода во всей технологической цепочке добычи и транспортировки нефти.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая ценность работы заключается в том, что установлено влияние переменного ЭМП на морфологические изменения при кристаллообразовании. Показано, что под действием ЭМП при кристаллизации карбоната кальция в основном образуется арагонит и ватерит, а также наблюдается уменьшение среднего размера частиц СаСО3. Установлено, что ЭМП улучшает действия деэмульгаторов, увеличивает скорость отделения воды из ВНЭ, снижает вязкость ВНЭ и при совместном действии снижает расход деэмульгатора в 2-3 раза. Для нефти, которая содержит асфальтены, с относительно высокой магнитной восприимчивостью возможно снижение интенсивности образования АСПО с помощью магнитных полей. Установлено, что функционализированные полисахариды, относящиеся к IV классу малоопасных соединений, перспективны в качестве ингибиторов отложения солей. Полисахариды и ЭМП проявляют синергизм, приводящий к существенному уменьшению размеров кристаллов СаСО3. Данный эффект может быть использован при разработке новых технологий для борьбы с отложениями солей.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработано и внедрено в практику нефтедобывающих компаний устройство для борьбы с отложениями солей, позволившее при проведении опытно-промышленных испытаний (ОПИ) увеличить в 1.5-2 раза наработку на отказ насосного оборудования по отношению к средней наработке в фонде осложненных скважин. Сконструировано и изготовлено устройство, обеспечивающее воздействие ЭМП на добываемые флюиды для реализации предложенных методов и их внедрения в

различных промышленных условиях. С целью разработки технологий предупреждения осложнений в добыче нефти спроектирована и изготовлена экспериментальная установка (стенд) для исследования процессов кристаллизации под воздействием различных физических полей в широком диапазоне частот. Устройство используется в качестве элемента в пилотной установке для определения эффективности одновременного воздействия ЭМП на образование солей, на вязкостные свойства углеводородного сырья и интенсивность образования АСПО. Разработана методика для проведения испытаний различных модификаций устройства, предназначенных для борьбы с осложнениями в добыче нефти (отложения солей, коррозия, АСПО). Разработан алгоритм подбора добывающих скважин для эффективного применения устройств переменного ЭМП в промышленных условиях на основе экспертных оценок, свойств добываемых флюидов и технологических параметров скважин.

Разработанные технологии, использующие ЭМП, безопасны, что доказано биотестированием с использованием рачков Daphnia magna straus.

Методология и методы исследования. Методология выполнения работы заключается в поэтапном исследовании процессов кристаллообразования и формирования центров кристаллизации на поверхности, изучении влияния электромагнитного поля на реологические свойства нефти и ВНЭ, обосновании применения деэмульгаторов, показавших свою эффективность в сочетании с ЭМП.

Микроструктуру образцов изучали методом сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (FE-SEM) на электронном микроскопе Hitachi SU8000. Съемку изображений вели в режиме регистрации вторичных электронов при ускоряющем напряжении 2 кВ и рабочем расстоянии 4-5 мм. Методом рентгено-структурного анализа по дифрактограммам определяли фазовый состав полиморф карбоната кальция и других солевых отложений, образующихся под влиянием ЭМП в широком диапазоне частот (50-250 кГц). Дифрактограммы кристаллов CaCO3 и CaSO4 были получены при излучении Cu-Ka при напряжении 20 кВ и токе 2 мА с длиной волны А=1,5404 А. Съемку производили в диапазоне углов 20 15...115° с шагом сканирования 0,02° с использованием дифрактометра

Rigaku Ultima IV. Распределение кристаллов образующихся осадков измеряли на дифракционном анализаторе размера частиц Analisette 22 NanoTecplus. Для исследования воздействия ЭМП на окружающую среду применялась «Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности Daphnia magna straus» (ПНД Ф 14.1:2:4.12-06 (16.1:2.3.3.9-06), Москва, 2006).

Поставленные в работе задачи решались с применением межгосударственных стандартов ГОСТ 2477, ГОСТ 33, ГОСТ 3900, ГОСТ 11851, ГОСТ 20287. Процентное содержание воды определялось методом Дина-Старка, содержание асфальтенов, смол и парафинов в нефти - методом Маркуссона, хроматографического анализа, содержание АСПО на поверхности - методом «холодного стержня». Реологические исследования выполнялись с использованием тестов на сдвиг и осцилляции. Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности влияния частот переменного ЭМП на процесс кристаллизации карбоната и сульфата кальция, приводящего к морфологическим изменениям кристаллов и изменению их размеров. Научно-методологические основы применения переменного ЭМП для предупреждения осложнений при разработке и эксплуатации месторождений нефти.

2. Методика физического моделирования процессов кристаллообразования с использованием полномасштабного стенда, обеспечивающего изучение кинетики осаждения солей, морфологии образующихся кристаллов, процессов коррозии, влияния ЭМП на АСПО и реологические свойства ВНЭ. Методологические подходы к конструированию устройств генерации переменного ЭМП на основе физико-химических моделей влияния ЭМП на компоненты добываемых флюидов. Научно обоснованное технологическое решение совместного применения переменного ЭМП и реагентов нефтепромысловой химии с целью увеличения их эффективности. Технологическое решение для разработки серийных устройств, применяемых в различных условиях нефтяных месторождений.

3. Алгоритм подбора скважин из осложненного фонда для внедрения в них предложенной технологии с применением ЭМП. Программное обеспечение для прогнозирования выпадения солей в заданных условиях при применении переменного ЭМП с целью наиболее эффективной настройки внедряемых устройств по частоте излучаемого переменного ЭМП. Общая концепция эксплуатации месторождений нефти с использованием устройств генерации ЭМП.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов работы обеспечивалась применением широко апробированных, а также оригинальных методик, экспериментальных исследований, выполненных на оборудовании, прошедшем государственную поверку. Все результаты экспериментальных исследований обрабатывались с применением методов математической статистики. Апробация диссертационной работы (положений, результатов теоретических и экспериментальных исследований, выводов и рекомендаций по ней) осуществлялась в представлении докладов на международных научно-практических конференциях (International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems, (2021IC0ECS) (г. Уфа, 2021), IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (2020), IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (2020), «Нефтепромысловая химия» (г. Москва, 2019, 2021, 2022, 2024 гг.), «Практические аспекты нефтепромысловой химии» (г. Уфа, 2019-2022 гг.)).

Вклад автора

Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, состоит в формировании цели работы и постановке основных задач, подборе и анализе литературных данных, планировании систематических наблюдений и экспериментов, активном участии во всех этапах исследований, включающих выполнение измерений, интерпретацию, обсуждение и обобщение результатов исследований и оформление полученных результатов.

Публикации

Основные положения и выводы диссертационного исследования изложены в 66 научных работах, в том числе в 15 статьях в ведущих рецензируемых журналах,

рекомендованных ВАК при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации и входящих в международные реферативные базы данных Scopus, 12 патентах, 1 свидетельстве на программу для ЭВМ и 2 монографиях. Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, библиографического списка, включающего 325 наименований, и заключения. Материал диссертации изложен на 370 страницах машинописного текста, включает 53 таблицы, 143 рисунка.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОПЫТА БОРЬБЫ С ОТЛОЖЕНИЯМИ СОЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ СОЛЕЙ ПРИ

ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

Проблема отложений солей является постоянным спутником эксплуатации скважинного и подземного оборудования при разработке нефтяных месторождений. Причины, вызывающие процесс отложения солей, могут быть разными, однако его последствия одинаково негативно влияют на эффективность добычи нефти и на состояние оборудования [4-6]. Неорганические соли отлагаются в скважинном насосе, насосно-компрессорных трубах, в области перфорационных отверстий в призабойной зоне пласта (ПЗП), эксплуатационной колонне, промысловых сепараторах, резервуарах и другом технологическом оборудовании.

Методы добычи, используемые в настоящее время на нефтяных месторождениях, с поддержанием пластового давления путем закачки воды сопровождаются осложнениями в добыче нефти, а именно отложением различных неорганических солей в ПЗП и внутрискважинном оборудовании добывающих скважин [7]. Смешиваются также и воды, входящие в состав продукции. Выпадение солевых осадков происходит независимо от того, используется ли пластовая вода нефтедобывающих скважин или же подготовленная вода. Вероятность выпадения и объемы образующегося осадка зависят от состава смешивающихся вод, а не от источника этих вод. Даже в случае подготовки воды все факторы, способствующие выпадению осадков, нивелировать невозможно. Накапливаясь в добывающих скважинах, в трубопроводах и нефтесборных коммуникациях, солевые отложения приводят к отказу оборудования, к внеплановым ремонтам, длительным простоям скважин, и в последствии - к многомиллионным потерям и снижению добычи нефти. Проблема отложения солей на большинстве активно разрабатываемых нефтяных месторождений в последние годы стала актуальной ввиду прогрессирующего роста объемов добываемой пластовой жидкости, увеличения обводненности добываемой

продукции, а также накоплению со временем в пластах применяемых в течение эксплуатации месторождений различных химических реагентов и закачиваемых вод различного состава (вторичное осадкообразование). Тенденция к росту числа осложненных солеобразованием скважин отмечается многими нефтедобывающими компаниями. Отложения солей могут возникнуть в потоке на всем пути извлечения пластовой продукции, где создается перенасыщение ионами солей. Перенасыщение может произойти в единой водной системе путем изменения термобарических условий или путем смешивания двух несовместимых вод [4,5,8-12].

На примере скважин Минибаевской площади Ромашкинского месторождения исследователи обнаружили, что отложение солей происходило чаще на скважинах, эксплуатируемых УЭЦН, чем на скважинах, эксплуатируемых посредством ШГН - 77 % и 23 % соответственно. Согласно проведенным исследованиям, на отложение солей в скважинах, эксплуатируемых УЭЦН влияли в том числе возникающие электромагнитные силы [13]. В частности, на малодебитном фонде УЭЦН наблюдается сильный перегрев добываемой скважинной продукции, приводящей к отложению солей кальцита на рабочих органах. В целом, согласно статистике, порядка 70 % отказов УЭЦН связаны с отложением солей на поверхностях скважинного оборудования и засорением их механическими примесями.

Отложения солей на оборудовании в основном состоят из карбоната кальция, сульфатов кальция и бария, продуктов коррозии и АСПО.

Существуют различные способы воздействия на скважинное пространство и продуктивный пласт: тепловые, газовые, химические, гидродинамические, физические. В контексте данной работы интерес представляют химические и физические способы воздействия [5].

Использование химических реагентов имеет ряд объективных преимуществ и по этой причине стало основным способом решения проблемы отложений солей. Однако объективно применение реагентов (деэмульгаторов, присадок) может создавать проблемы, связанные с совместимостью с добываемыми флюидами,

технологическими жидкостями, используемыми при ремонте, которые в конечном счете приводят к вторичному осадкообразованию. Дополнительно они провоцируют дополнительную нагрузку на экологическую обстановку окружающей среды.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Алимбекова Софья Робертовна, 2025 год

— - —

БЛОК и^черЕмнв ЧЗСТОГЫ И " ОНВ изпучатеда-4 Елок питания 7

Рисунок 86 - Схема устройства РВК скважинной установки электропогружного

насоса

Особенностью данного устройства является расширение диапазона частот, генерируемых и излучаемых в скважинное пространство электромагнитных колебаний и повышение его надежности. Расширение диапазона частот позволяет в условиях многовариантности компонентного состава флюида выбрать оптимальное воздействие для решения поставленной задачи. Повышение надежности обусловлено упрощением измерительной части предлагаемого устройства.

Как продолжение разработки устройства на базе результатов исследования влияния ЭМП на ингибирование образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья посредством систем с ЭЦН в осложненных условиях было предложено усовершенствованное устройство РВК. В основу данного варианта реализации [300] поставлена задача создания способа

ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья, который обеспечит повышение эффективности защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне установки системы электропогружного оборудования от естественных углеводородных отложений и одновременно коррозии при добыче углеводородного сырья путем генерации ЭМП с изменяемой пространственной ориентацией и регулируемыми параметрами, адаптированными к условиям эксплуатации, формируемого непосредственно в зоне установки скважинной СЭПН без усложнения конструкции колонны НКТ. Поставленная задача решена путем создания электромагнитного излучателя для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования, который содержит:

- сердечник, выполненный из высокочастотного магнитомягкого материала и имеющий центральное отверстие для размещения на скважинном оборудовании, и по меньшей мере одну пару пазов, выполненных на торцах сердечника для размещения обмоток,

- аксиальную обмотку, витки которой размещены в указанных пазах сердечника аксиально по отношению к продольной оси а-а скважинного оборудования, предназначенную для формирования электродвижущей силы, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования,

- ортогональную обмотку, размещенную на сердечнике так, что витки ортогональной обмотки расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки и перпендикулярно оси скважинного оборудования, и предназначенную для формирования магнитодвижущей силы, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования, при этом количество витков аксиальной обмотки и количество витков ортогональной обмотки подобраны таким образом, чтобы обеспечить:

- заданный диапазон частот излучения;

- максимальный коэффициент передачи мощности от электромагнитного излучателя в окружающее пространство;

- стабильность заданных параметров излучения.

Целесообразно, чтобы диапазон частот излучения, применительно к поставленной задаче, составлял от 30 кГц до 300 кГц (см. Главу 2). Предлагаемое решение обеспечивает повышение эффективности процесса за счет формирования изменяющегося во времени и пространстве суммарного электромагнитного поля, формируемого посредством излучателя и конструктивных элементов скважинного пространства. Причем результатом воздействия является поддержание интенсивного объемного кристаллообразования в условиях изменения макросостояния флюида (давление, температура, состав).

Выбор и оптимизация параметров электромагнитного воздействия и законов их изменений (в дальнейшем - управляющих воздействий) выбирается по критерию минимума нежелательных отложений, определяемому опосредованно в процесс работы по ряду технологических параметров, например, по уменьшению давления на приеме и увеличению производительности ЭЦН, режимам ПЭД, увеличению твердой фазы флюида (за счет кристаллов солей), выносимой на поверхность. Ограничениями при оптимизации являются критерии, полученные в ходе априорного математического и физического моделирования, реализации эвристических подходов, практического опыта, интерпретации статистических данных и др. Методы оптимизации хорошо известны в технике. Выработка управляющих воздействий осуществляется в автоматическом или автоматизированном режиме. В предлагаемом изобретении, помимо защиты от нежелательных отложений, осуществляется защита от коррозии. Из теории известно, что возможен процесс электрохимической коррозии, не противоречащий законам термодинамики, для которого

ДGт = - nEтFф < 0, (39)

где ДGТ - изменение изобарно-изотермического потенциала данного коррозионного процесса, кал/г-атом Ме; п- число грамм-эквивалентов; Ет = (Ук)обр-^а)обр - э.д.с. гальванического элемента, в котором обратимо осуществляется данный коррозионный процесс, В; (Ук)обр - обратимый потенциал катодной реакции в данных условиях, В; (Vа)обр=(Vмe)обр - обратимый потенциал металла в данных условиях; FФ=23062 кал/г-экв - число Фарадея.

Принципиальная возможность протекания процесса электрохимической коррозии металла определяется, таким образом, соотношением обратимого потенциала металла и обратимого потенциала катодного процесса в данных условиях. Самопроизвольное протекание электрохимического коррозионного процесса возможно, если ^^^(Ум^р^У^р, т.е. для электрохимического растворения металла необходимо присутствие в электролите окислителя -деполяризатора, обратимый окислительно-восстановительный потенциал которого положительнее обратимого потенциала металла в данных условиях, т.е.

Ет > 0, ДGт < 0. (40)

В большинстве практических случаев протекание электрохимической коррозии обычно характеризуется локализацией анодного и катодного процессов на различных (более или менее постоянных) участках корродирующей поверхности металла, что приводит к неравномерному или местному характеру коррозионного разрушения. Эти отличающиеся по своим физическим и химическим свойствам участки корродирующей поверхности металла, на которых происходят анодный или катодный процессы, являются гальваническими элементами. Таким образом, электрохимическая коррозия металлов напоминает работу гальванического элемента, в котором отрицательный электрод (например, цинк) растворяется, когда он соединен проводником со вторым электродом, на котором восстанавливаются ионы водорода или другие вещества и поэтому ее можно рассматривать как результат работы большого числа коррозионных гальванических элементов на корродирующей поверхности металла, соприкасающейся с электролитом.

Установка усовершенствованного РВК (Рисунок 87) содержит дополнительно электронный блок управления, обеспечивающий управление электромагнитным излучателем, размещенный в корпусе двухканального генератора, имеющий выход, подключенный к управляющему входу двухканального генератора. Датчики параметров скважинной среды установлены в скважинном пространстве и подключены к электронному блоку управления.

Рисунок 87 - Схема работы усовершенствованного РВК

Электронный блок управления связан каналом связи с аппаратурой мониторинга и управления, размещенной на поверхности земли. В качестве датчиков параметров скважинной среды используются датчики, выбранные из группы, состоящей из датчиков давления, температуры, обводненности и расхода.

Канал связи обеспечивает двухстороннюю связь между скважинной частью и наземной аппаратурой. Он может быть беспроводным или проводным. В качестве

проводного канала целесообразно использовать силовые цепи питания погружного электродвигателя. Блок электропитания осуществляет отбор электроэнергии от обмотки ПЭД или получает электроэнергию от наземной аппаратуры через эту обмотку для питания аппаратуры скважинной части.

В состав установки для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования могут быть включены дополнительные устройства, обеспечивающие комплексное воздействие на флюид и продуктивный пласт, например, виброакустический генератор с излучателем. Электронный блок управления обеспечивает двухстороннюю связь с наземной аппаратурой мониторинга, передавая измерительную и контрольную информацию и принимая внешние команды и уставки.

Двухканальный генератор обеспечивает подачу с управляющих выходов и на два независимых входа электромагнитного преобразователя электрических сигналов, параметры которых и законы изменения во времени которых соответствуют командам, формируемым в электронном блоке управления.

Как указано выше, один управляющий выход двухканального генератора подключен к аксиальной обмотке, а другой управляющий выход подключен к ортогональной обмотке излучателя. Электромагнитный излучатель формирует совместно с элементами скважинного пространства - СЭПН, обсадной трубой, колонной НКТ и скважинным флюидом переменное электромагнитное поле, функционально зависящее от выходных сигналов двухканального генератора и свойств скважинной среды. Благодаря наличию двух независимых входов ЭМП варьируется в широких пределах в отношении пространственной ориентации и временной зависимости.

Электромагнитный излучатель 1 (Рисунки 88, 89) содержит сердечник 2, выполненный из высокочастотного магнитомягкого материала и имеющий центральное отверстие 3 для размещения на скважинном оборудовании 4, например, на основании ПЭД. Сердечник 2 содержит по меньшей мере одну пару пазов 5, выполненных на торцах 6 и 7 сердечника для размещения обмоток. На рисунках 95, 96 показана также обсадная труба 8 скважины. На сердечнике 2

размещена аксиальная обмотка 9, витки которой размещены в указанных пазах 5 сердечника аксиально по отношению к продольной оси а-а скважинного оборудования, предназначенная для формирования электродвижущей силы Е, результирующий вектор которой направлен вдоль оси а-а скважинного оборудования. На сердечнике 2 размещена также ортогональная обмотка 10, витки которой расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки 9 и перпендикулярно оси а-а скважинного оборудования, предназначенная для формирования магнитодвижущей силы, результирующий вектор F которой направлен вдоль оси а-а скважинного оборудования.

Рисунок 88 - Схема электромагнитного излучателя. Продольное сечение

Рисунок 89 - Схема электромагнитного излучателя. Поперечное сечение

При этом количество витков аксиальной обмотки и количество витков ортогональной обмотки подобраны таким образом, чтобы обеспечить: - заданный диапазон частот излучения;

- максимальный коэффициент передачи мощности от электромагнитного излучателя в окружающее пространство;

- стабильность заданных параметров излучения.

Силовые линии магнитного поля формируются электромагнитным излучателем 1 при наличии сигнала с выхода двухканального генератора. Здесь F -магнитодвижущая сила, (мдс), направленная вдоль оси а-а сердечника электромагнитного излучателя 1 и соосно с осью СЭПН, f - линии магнитного потока, i - цепь электрического тока, 10 - обсадная труба, 4 - элемент системы электропогружного насоса СЭПН. Силовые линии, формируемые электромагнитным излучателем 1 при наличии сигнала с выхода двухканального генератора. Вектор результирующей эдс Е направлен вдоль оси а-а сердечника и соосно системе СЭПН, i - путь электрического тока, f - направление магнитного потока.

При одновременной подаче сигналов на оба входа электромагнитного излучателя 1 ЭМП представляет собой интерференцию раскрытых выше двух характерных случаев.

Таким образом, варьируя сигналами на входах электромагнитного излучателя, возможно получить многомодовое ЭМП, флуктуирующее по направлению в пространстве и изменяемое во времени. Первоначальное формирование законов изменения выходных сигналов осуществляется на основании априорных данных или стахостических зависимостей с последующей оптимизацией, как было выше указано.

Механизм ингибирования коррозии включает в себя, во-первых, катодную поляризацию металлических поверхностей оборудования в скважинном пространстве, во-вторых, выравнивание наведенного потенциала между обсадной колонной и СЭПН за счет гальванизации скважинного флюида в зазоре между этими элементами.

Еще одна модификация технологии излучения физических полей для борьбы с отложениями солей была реализована с применением акустического излучателя и запатентована [301].

В рамках предложенной концепции как дополнение для управления внутрискважинным процессом обработки и отслеживания параметров внутрискважинного оборудования было также предложено и запатентовано скважинное приемопередающее устройство для контроля погружного оборудования при добыче углеводородов с помощью установки электропогружного насоса [302]. Оно включает в себя ПЭД с насосом, содержащее скважинную электроаппаратуру, канал связи, использующий силовые цепи ПЭД, отличающееся тем, что дополнительно содержит приемопередающую скважинную аппаратуру, подключенную к высокочастотному скважинному устройству гальванической развязки, которое соединено с высоковольтным скважинным разделительным конденсатором, другой конец которого соединен с общей точкой фазных статорных обмоток ПЭД, содержащего хотя бы одну дополнительную обмотку, уложенную в пазах его статора и подключенную к цепям электропитания приемопередающего устройства (Рисунок 90).

Цепи электроп итан ия

1

гмтев

Уо

1

2

С1

Высокочастотное скважинное устройство гальванической развязки 4

Приемопередающая скважинная аппаратура

3

Рисунок 90 - Схема работы скважинного приемопередающего устройства для

контроля погружного оборудования

За счет предложенного устройства повышается эффективность приема -передачи контрольно-измерительной информации между скважинным электрооборудованием и наземными техническими средствами, обеспечивающими контроль и управление добычей углеводородного сырья. Преимущество заявляемого устройства заключается в простоте, надежности и высоком ресурсе устройства, обеспечивающего связь скважинной электроаппаратуры с наземными техническими средствами, при высоком уровне достоверности и пропускной способности. Именно сочетание простого и надежного способа электропитания с выбранным техническим решением организации приема - передачи обеспечивает достижение технического результата устройства.

3.2.3 Вариант промышленной реализации технологии резонансно-волнового

комплекса в наземном исполнении

Вариант РВК в наземном исполнении предназначен для разделения водонефтяной эмульсии посредством электромагнитного излучения низкой частоты с целью облегчения дальнейшей транспортировки нефтепродуктов по трубопроводу и выполнен в виде опытного образца на основе [297]. Блок-схема устройства приведена на Рисунке 91 . Конструктивно устройство состоит из трех частей: генератора, индуктора и пульта дистанционного управления. Генератор состоит из блока питания и защиты (БУЗ), согласующего трансформатора, силового выпрямителя с выходным фильтром, накопительных импульсных конденсаторов, управляемого разрядника, блока управления питанием разрядника, индуктора и пульта дистанционного управления.

Все части генератора размещены внутри распределительного щита MES 120.80.30, изготовленного во взрывозащищённом варианте. В конструкции распределительного щита предусмотрена блокировка «нулевого» провода при открывании двери щита (Рисунок 92).

А

эео в б с

1 г з 4 5 7

1 - ьлок Питания и защиты

2 - согласысцир! трансформатор

3 - силовое выпрямитель с аыкодным оильтром

4 - конденсаторы ^мпзльсные

5 - уп^овляеныр! РОЭРРДНИ*

6 - блом апро&ления питания розряднцко

7 — индуктор <Д - 300 fiHj д - 150 мм, длина -1500 нм,> Э - пыльт дистанционного ыпробленир

Рисунок 91 - Блок-схема устройства для разделения водонефтяной эмульсии

Рисунок 92 - Устройство для разделения водонефтяной эмульсии, смонтированное на трубопроводе месторождения в Самарской области

Пульт дистанционного управления (Рисунок 93) расположен в металлическом корпусе ЩМП-2.3.1-0.35 УХЛ3 1Р31. Исполнение пульта -навесное.

Рисунок 93 - Пульт дистанционного управления

На передней панели пульта расположены кнопки (без фиксации) «Пуск» и «Стоп», сигнальная лампа «220 В» и светодиод, показывающий работоспособность схемы управления разрядником. Пульт располагается в закрытом помещении.

Питание устройства осуществляется от трёхфазного переменного тока синусоидальной формы с частотой 50 Гц, при напряжении 380. Максимальный потребляемый от сети переменного тока не более 13 А.

Электрическое сопротивление изоляции цепей питания РВК относительно его корпуса должно быть:

а) не менее 30 МОм при температуре окружающего воздуха плюс 20 ±5°С и относительной влажности не более 80%;

б) не менее 5 МОм при температуре окружающего воздуха плюс 50°С и относительной влажности не более 65%.

Устройство обеспечивает ток питания индуктора до 1500 А. Частота повторения импульсов от 2 до 13 Гц, управление частотой производится потенциометром, выведенным на лицевую панель распределительного щита (Рисунок 94). Габариты индуктора (Рисунок 95): длина 1500 мм, внешний диаметр 300 мм, проходной диаметр 150 мм. Схема включения управляемого разрядника отражен на Рисунке 96. Вариант размещения индуктора в действующем трубопроводе представлен на Рисунке 97.

Рисунок 95 - Индуктор

220 8 яп и

Рисунок 96 - Схема включения управляемого разрядника

Рисунок 97

- Схема планируемого размещения индуктора в действующем

трубопроводе

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3

В главе описана новая концепция обработки скважинного флюида физическими методами, основанная на результатах проведенных лабораторных, стендовых и полевых испытаний под воздействием ЭМП. В ее основу легли исследования влияния ЭМП на обезвоживание ВНЭ, на кристаллизацию солей. Предложен ряд решений применения РВК, направленных на предупреждение отложения солей в скважинах в процессе добычи и транспортировки углевородного сырья.

Концепция обработки скважинного флюида предполагает применение физических методов на основе воздействия ЭМП на всех этапах процесса добычи и транспортировки углеводородов. Технологическая схема выглядит следующим образом. В состав компоновки УЭЦН включается устройство, которое генерирует ЭМП в скважинное пространство и обеспечивает защиту УЭЦН, НКТ и обсадных труб от отложений. В системе сбора размещается наземная модификация такого устройства, которая воздействует на отложения в наземном оборудовании. Задачи обработки скважинного флюида могут быть решены комплексно в единой системе, в которую включены процессы добычи, транспортировки, разделения эмульсий и их подготовки.

На основе описанных методологических подходов сконструированы и изготовлены устройства РВК для применения в различных условиях нефтяных месторождений. Применение предлагаемой технологии на нефтяном месторождении не требует изменений в сложившихся методах эксплуатации погружного оборудования.

Промышленный образец РВК для разделения ВНЭ в нефтесборном коллекторе производит высокочастотную магнитную обработку углеводородного сырья сигналом, формируемым импульсным магнитным полем, а управление процессом обработки углеводородного сырья осуществляется путем изменения частоты и амплитуды импульсов в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья.

Один из представленных вариантов промышленных решений реализации технологии резонансно-волнового воздействия имеет расширенный диапазон частот, генерируемых и излучаемых в скважинное пространство, электромагнитных колебаний. Расширение диапазона частот позволяет в условиях многовариантности компонентного состава флюида выбрать оптимальное решение поставленной задачи. Повышение надежности достигается упрощением измерительной части предлагаемого устройства. Усовершенствованный РВК содержит дополнительно электронный блок управления, обеспечивающий управление электромагнитным излучателем, размещенный в корпусе двухканального генератора, имеющий выход, подключенный к управляющему входу двухканального генератора.

Электромагнитные методы, применяемые в перечисленных видах установки РВК, позволяют предотвратить образование минеральных отложений во внутрискважинном нефтегазовом оборудовании. Важным достоинством является их использование одновременно с основным процессом добычи или транспортировки, не препятствуя ему. Внедрение электромагнитной установки позволяет предотвратить образование отложений солей и повысить эффективность применения находящегося в эксплуатации технологического оборудования.

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ

ИСПЫТАНИЙ РЕЗОНАНСНО-ВОЛНОВОГО КОМПЛЕКСА И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.

ПОДБОР СКВАЖИН ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

4.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ

ИСПЫТАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

В период с 2012 по 2014 годы были проведены успешные опытно-промышленные испытания (ОПИ) РВК на солеотлагающем фонде скважин ряда нефтедобывающих предприятий.

В опытно-промышленную эксплуатацию была запущена опытная партия РВК на Приобском месторождении. Подобранные скважины до установки РВК имели наработки на отказ по причине отложений солей. Средняя наработка на отказ по данным скважинам составила 228 суток. В процессе эксплуатации аварийных остановок по причине подклинивания или заклинивания отмечено не было. По результатам опытно-промышленной эксплуатации РВК подтвердил свою работоспособность и был запущен в мелкосерийное производство. В данном анализе рассмотрен эффект от работы РВК на скважинах ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь», в том числе эффект увеличения дебита жидкости. При этом учтены риски отложения кальцита в пластовых условиях. Рассмотрено влияние ЭМП на образование и распад ВНЭ и её реологические свойства.

4.1.1 Результаты опытно-промышленных испытаний резонансно-волнового

комплекса на Приобском месторождении

При воздействии ЭМП наблюдается уменьшение среднего размера частиц СаСО3 и преимущественное формирование кристаллов арагонита, имеющего низкую адгезию. Можно предположить, что образующиеся кристаллы карбоната кальция в форме арагонита будут вынесены из скважины в потоке водонефтяной эмульсии, а не оседать на нефтепромысловом внутрискважинном оборудовании.

Полученные данные были подтверждены ОПИ. ОПИ установки проводили на скважине №2404 (куст 144) Приобского месторождения, которая имела попутно-добываемую гидрокарбонатную натриевую воду следующего ионного состава: Са2+ - 100,2-170,3; Mg2+ - 24,3-97,3; №++К+ - 2070,0-4427,5; С1- - 2556,0-5680,0; НСОз- - 1830,3-2440,4 мг/л.

Перед спуском скважинной компоновки герметичный контейнер с электромагнитной установкой крепится и подключается к основанию ПЭД ЭЦН. На скважинном оборудовании сердечник электромагнитного излучателя создан из высокочастотного магнитомягкого материала с аксиальной обмоткой, витки которой расположены аксиально по отношению к продольной оси скважинного оборудования, и ортогональной обмоткой, витки которой расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки перпендикулярно оси скважинного оборудования. При подаче переменных электрических сигналов посредством аксиальной обмотки формируется электродвижущая сила, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования, а посредством ортогональной обмотки формируется магнитодвижущая сила, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования. В результате в непосредственной близости от электропогружного насоса происходят изменения величин магнитодвижущих сил излучателя в соответствии с заданным диапазоном значений напряженности электромагнитного поля в зависимости от параметров скважинного флюида.

Для ОПИ в период с 17.12.2011 г. по 06.01.2013 г. по влиянию установки ЭМП на солеотложение в скважинах, оборудованных ЭЦН, была выбрана скважина № 2404 (куст 144) на Приобском месторождении, на которой до установки РВК были зарегистрированы отказы по причине отложения солей. Наработка УЭЦН по последнему отказу составляла 177 суток. После завершения ОПИ и остановки скважины солеотложение не было обнаружено на рабочих элементах насоса. Наработка на скважине № 2404 на дату составления отчета и остановки ОПИ составила 385 суток.

Полученные данные ОПИ электромагнитной установки показали эффективность её применения при борьбе с отложениями солей в скважинах, оборудованных ЭЦН [303].

Для ОПИ по влиянию РВК на отложение солей в скважинах, оборудованных ЭЦН, были выбраны четыре скважины № 1202, № 4889, № 4967 и № 2404 на Приобском месторождении, которые до установки РВК имели отказы по причине отложения солей. Наработка УЭЦН по последнему отказу составляла от 41 до 72 суток. Характеристики попутно-добываемой воды и добываемых нефтей в скважинах № 1202, № 4889, № 4967 и № 2404 приведены в Таблицах 30, 31.

Таблица 30 - Характеристика попутно-добываемой воды Приобского месторождения

Параметры Значения

Плотность, г/см3 1,003-1,007

рН 7,0-7,6

Жесткость общая, мг-экв/л 7,0-16,0

Минерализация, мг/л 6957,9-12747,6

Таблица 31 - Характеристика нефтей Приобского месторождения

Параметры нефти Пласт АС 10 Пласт АС 11 Пласт АС12

Плотность, кг/м3

- при 20°С 884,2 883,1 884,6

Вязкость, мм2/с

- при 20°С 25,6 29,7 27,5

- при 50°С 9,4 9,6 10,5

Температура застывания, оС -14 -15 -15

Массовая доля общей серы, % 1,18 1,25 1,19

Групповой состав, % масс

- смол силикагелевых 8,09 8,08 7,75

- парафинов 2,47 2,48 2,52

- асфальтенов 2,46 2,4 2,77

Температура плавления парафинов,°С 55 55 55

Наработка УЭЦН по последнему отказу составляла 177 суток. После завершения ОПИ и остановки скважины солеотложение не было обнаружено на рабочих элементах насоса. Наработка на скважине № 2404 на дату составления отчета и остановки ОПИ составила 385 суток.

Результаты работы скважин во время ОПИ с установленными РВК представлены в Таблице 32. Полученные данные показывают, что РВК, воздействуя на добываемую водонефтяную смесь, может не только обеспечивать защиту скважины от отложения солей, но и увеличить её дебит. Отложение солей после завершения ОПИ и остановки скважин не было обнаружено ни на рабочих элементах насоса, ни на РВК во всех 4 скважинах (Рисунки 98, 99). В процессе эксплуатации аварийных остановок под действием РВК или по причине подклинивания или заклинивания ЭЦН не происходило.

Таблица 32 - Результаты работы скважин с установленными РВК

Скважина Наработка до установки РВК (сут.) Наличие УДЭ Соляно-кислот. обработка Наработка с установленным РВК (сут.) на 22.11.2012 Обводненность, % Наличие отложений солей на УЭЦН Причина остановки скважины с РВК Увеличение СНО, % Изменение дебита, %

№4967, куст 150У 41 демонти ровано нет 71 22 Отсутств. повреждение газосепаратора 71 17

№4889, куст 153 43 демонти ровано нет 206 48 Отсутств. замена насоса из-за подъема динамического 190 67

уровня нефти

№1202, куст 110 72 демонти ровано нет 243 54 Отсутств. перегрев кабеля 194 62

№2404, куст 144 53 демонти ровано нет 340 7 Отсутств. 117 -23

Наработка с установленным РВК на скважине № 2404 на дату составления отчета и остановки ОПИ составила 340 суток. Применение РВК в скважинах, осложненных отложениями солей, позволило увеличить их средний межремонтный период более чем в 6 раз.

а) Отложения солей на рабочих б) Вид направляющих аппаратов

колесах ЭЦН в отсутствии РВК ЭЦН (обратная сторона) после

применения РВК

Рисунок 98 - Вид комплектующих ЭЦН

Рисунок 99 - Резонансно-волновой комплекс после 243 суток работы в скважине

4.1.2 Общий анализ результатов опытно-промышленных испытаний резонансно-волнового комплекса на скважинах ООО «ЛУКОЙЛ-Западная

Сибирь»

В 2013-2014 годах были проведены ОПИ РВК на скважинах ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь». Скважины и усреднённые показатели их работы до и после установки РВК представлены в Таблице 33. Все скважины относятся к солеотлагающим, т.е., по крайней мере, последние 3 отказа работы УЭЦН были связаны с отложением солей, некоторые скважины защищались ингибиторами отложения солей. В частности, скважины 2472, 57411, 6050, 1805 обрабатывалась ингибитором отложения солей ХПП-005 по технологии периодического дозирования. Скважина 1217 не защищалась, на этой скважине проводились солянокислотные промывки УЭЦН. После установки РВК химические обработки прекращались.

Таблица 33 - Результаты опытной эксплуатации РВК

Скважина, Добыча до Добыча после Наработка, сут Комментарий

месторожден установки РВК*) установки РВК

ие (мр) Ож, м3/сут Он, м3/сут Ож, м3/сут Он, м3/сут до РВК с РВК

Периодическая обработка скважины ингибитором

отложения солей,

Скв. №2472, Тевлино- Русскинское 20,5 13 21,2 14,8 150 252 после установки РВК обработка не проводится. В ходе ПРС (0104.08.2014)

мр шаблонирование ЭК, ОПЗ по технологии газоимульсной обработки «Эмант»**), смена Э-50 на Э-25

Скв №57411, Красноперсн енского мр 36,8 2,1 42 2,7 335 226 Периодическая обработка скважины ингибитором

отложения солей

Скв 1217, Стимуляция пласта СКО перед

Южно- 65,1 10 84,9 16,7 175 196 установкой РВК,

Ягунское мр прирост дебита по жидкости

Скв 6050, В ходе ПРС дострел перфорации.

Кочевское 27,3 0,5 30,4 0,6 132 175 Отбивка забоя

мр шаблоном. Смена Э-25 на Э-25

Скв 1807, Тевлино-Русскинское мр 16,5 13,2 19,3 14,2 182 124 В ходе ПРС скрепирование, шаблонирование, ОПЗ «Гелий», Смена Э-25 на Э-25

*) - средний показатель за последний безремонтный пробег УЭЦН;

**) - метод газоимпульсной обработки (ГИО) призабойной зоны пласта заключается в селективной обработке намеченных точек в интервалах перфорации импульсами (0.1-0.15 с) высокого давления (порядка 81-101 МПа) с применением глубинного скважинного генератора, использующего в качестве рабочего агента газообразный азот. Работа проводится с целью интенсификации притока (приемистости).

***) - за время проведения ОПИ, пластовое давление и забойное давление не изменялись

Склонность добываемой воды к отложению солей карбоната кальция во всех скважинах достаточно высокая в зоне ПЗП, УЭЦН и устья (Таблица 34). Расчет склонности к отложению солей рассчитывали по методу Оддо-Томсона с учетом всех существующих химических равновесий ионов и углекислого газа в многофазной системе (вода - нефть - газ) при соответствующем давлении и температуре.

Таблица 34 - Склонность к отложению солей попутнодобываемой воды

Скважина Месторождение Расчетное количество соли (СаС03), способное образоваться в скважине

Пласт Насос Устье

2472 Тевлино-Русскинское мр 204 283 260

57411* Красноперсненского мр 226-487 280-510 165-190

1217 Южно-Ягунское мр 303 412 232

6050 Кочевское мр 308 405 363

1807 Тевлино-Русскинское 242 264 120

*

- склонность к отложению солей зависит от состава воды и конкретно от содержания ионов кальция и гидрокарбоната.

Вода скважины 2472 Тевлино-Русскинское месторождение склонна к отложению кальцита, начиная от ПЗП. Интенсивность отложения относительно высокая (Таблица 35). Ниже приведены параметры скважины (Таблица 36).

Таблица 35 - Состав и минерализация попутнодобываемой воды подконтрольных

скважин

Скважина Дата отбора Л Рн Плотность Минерализация С1- SO- - НСО- Са++ Мg++ +К+ Индекс насыщенности при Т=80С, Р=60атм

г/ см3 мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л Са$04 СаС04

2472 19.09.13 7 1,010 19823 9585 136 2684 120 97 7200 0,1 2,4

57411 29.06.07 8,07 1,011 15600 8313 12,82 1415,2 220,44 70,47 5556 -0,8 2,8

1217 03.10.13 7,27 1,013 22321 13014 6,27 723,5 490 64,8 8022,4 -0,9 2,3

6050 08.11.13 7 1,011 23579 12780 - 1586 200 12,16 9000 - -

Параметры Значения

Температура пласта, 0С 90

Глубина до верхних перфорации, м 2956,3

Диаметр эксплуатационной колоны, мм 152

Глубина спуска насоса, м 2410

Динамический уровень, м 1721 (с РВК 1790)

Затрубное давление, МПа 1,7

Забойное давление, МПа 12,26 (с РВК с 12,56 до 11,35)

Пластовое давление, МПа 21,3

Устьевое давление, МПа 1,52

Насос Э-50-2100 (с РВК 25-2200)

Дебит, м3/сут 18,4

Обводненность, % 23,5 (с РВК 22%)

На Рисунке 100 приведены данные по работе скважины до и после установки РВК. Перед установкой РВК на скважине были проведены работы по газоимпульсной обработке призабойной зоны, цель такой обработки - очистка призабойной зоны от кольматанта. Влияние этой обработки очевидно, дебит по жидкости увеличился с 22 до 37 м3/сут. Эффект продолжался больше месяца. Затем дебит стабилизировался.

Анализ динамики дебита до установки РВК, при достаточно стабильном динамическом уровне и забойном давлении с учетом влияния химических обработок однозначно указывает на кольматацию ПЗП. Из анализа состава воды и её склонности к отложению солей можно утверждать, что кольматация околоскважинной зоны есть результат отложения кальцита.

а) б)

Рисунок 100 - Дебит жидкости и нефти скважины 2472 Тевлино-Русскинское месторождение до установки (а) и после установки (б) РВК 14.08.2013

По данным параметрам скважины, приведенным в Таблице 36, определены кривые притока нефти к скважине до и после установки РВК. Оценка дебитов скважины, сделанные из кривой притока для забойных давлений до установки РВК и после, равные 18,4 и 21 м3/сут соответственно, хорошо согласуются с реальными дебитами жидкости (Рисунок 101).

Дебит жидкости, мЗ/сут

Рисунок 1 01 - Кривая притока скважины 2472 до и после применения РВК

При анализе увеличения дебита не учитывался эффект влияния РВК на вязкость и динамику образования и распада ВНЭ, которая неизбежно образуется в УЭЦН. Оценка дебита скважины 2472, сделанная из кривой притока (рис.107) для забойного давления 12.26 МПа равна 18 м3/сут, что хорошо согласуется с реальным дебитом жидкости. Дебит жидкости при работе РВК составил 21 м3/сут, что также хорошо согласуется с расчетами, приведёнными на Рисунке 102.

Ремонт ^ИХим обработка ^■Задавка Он Ож Ожср.

Рисунок 102 - Показатели работы скважины 57411 до и после установки РВК

Таким образом, можно сделать вывод, что при работе РВК увеличение дебита жидкости, а также его стабильность во времени, является опосредованно связанным с влиянием РВК и связана с изменением притока флюида из пласта. Сохранение продуктивности скважины и интегральное её увеличение по сравнению с базовым периодом сравнения, по-видимому, связано с ингибированием отложения солей в пластовых условиях и снижением интенсивности кольматации порового пространства.

Параметры скважины 57411 Красноперсненского месторождения приведены в Таблице 37.

Параметры Значения

Температура пласта, 0С 61

Глубина до верхних перфорации, м 1838,5

Диаметр экспл колоны, мм 152

Глубина спуска насоса, м 1771

Динамический уровень, м 1474

Затрубное давление, МПа 2,13

Забойное давление, МПа 4,5

Пластовое давление, МПа 10,2

Устьевое давление, МПа 2

Насос Э-40/1700

Дебит, м3/сут 38

Газосодержание, м3/м3 35,8

Давление насыщения, МПа 5,2

Обводненность, % 90

Кривая притока для скважины 57411 приведена на Рисунке 103.

Кривые притока флюида к скважине 57411 до установки РВК и после установки РВК получены из условия, что пластовое давление оставалось постоянным, до и после испытания, для одинаковых насосов УЭЦН ЭЦН5(5А)-4-1700. Из расчетов, приведённых на Рисунке 103, следует, что с учетом работы системы насос - скважина - выкидные линии, наблюдаемый дебит скважины до установки РВК и после установки РВК соответствует расчетному. Причина изменения кривой притока, очевидно, вытекает из того факта, что добываемая вода способна продуцировать отложения кальцита в ПЗП скважины, что приводит к её кольматации и соответственно к снижению коэффициента продуктивности.

До установки РВК После установки РВК

О 20 40 60 80 100

Дебит жидкости, мЗ/сут

Рисунок 103 - Кривая притока скважины 57411 до и после применения РВК

Минерализация и состав добываемой воды (Таблица 35) указывает на способность воды к отложению кальцита. В пластовых условиях может образоваться 226-487 мг/л карбоната кальция.

Обращает на себя внимание сильное снижение дебита в течение безаварийного пробега, так с 05.12.2010 по 25.02.2011 отмечается снижение дебита по жидкости с 47 до 20 м3/сут, в то время как при работе РВК снижение дебита не столь катастрофично. Очевидно, что подбор насоса на запускной дебит в конце МРП не соответствует оптимальным режимам работы.

Перед установкой РВК на скважине 1217 Южно-Ягунского месторождения была проведена соляно-кислотная обработка ПЗП. Средний дебит скважины по жидкости после обработки увеличился с 65 до 85 м3/сут, дебит по нефти с 10 до 16,7 т/сут. Обводненность составляет 70-75%.

Параметры скважины представлены в Таблице 38. По параметрам скважины (Таблица 38) рассчитаны кривые притока до и после установки РВК, приведённые на Рисунке 104.

Параметры Значения

Температура пласта, 0С 71

Глубина до верхних перфорации, м 2393.4

Диаметр экспл колоны, мм 152

Глубина спуска насоса, м 2100

Динамический уровень, м 1597

Затрубное давление, МПа 2.05

Забойное давление, МПа 9.1

Пластовое давление, МПа 21.87

Устьевое давление,МПа 2

Насос Э-80/1700

Дебит, м3/сут 84

Газосодержание, м3/м3 40

Давление насыщения, МПа 0.88

Обводненность, % 76

Рисунок 104 - Кривые притока для скважины 1217 до установки и после

установки РВК

Столь большое влияние на приток нефти к скважине связано, по-видимому, с соляно-кислотной обработкой, которую провели перед установкой РВК. В этой связи корректную оценку влияния РВК на дебит сделать трудно. Можно рассмотреть влияние РВК на динамику дебита на временных интервалах стабильной работы. Так после установки РВК дебит жидкости со 114 снизился до 85 м3/сут за 3 месяца, тип насоса после установки РВК не менялся, забойное давление практически не изменилось, то есть дебит 85 м3/сут можно считать установившемся и соответствующим также сложившейся динамике кольматации ПЗП. Это дебит, который соответствует притоку жидкости из пласта и работе насоса на систему НКТ - выкидные линии. До установки РВК за последние 2 безремонтных пробега и до СКО средний дебит составлял 65-69 м3/сут. Т.е прирост составил 16м3/сут, что связано с эффектом СКО и магнитного поля. Какая доля приходится на влияние магнитного поля определить трудно. Кроме того, скважинная продукция обводнена на 76%. Такая обводненность соответствует максимальной вязкости ВНЭ. Возможно, столь высокое изменение дебита обусловлено так же влиянием магнитного поля РВК на вязкость ВНЭ.

Рассматривая скважину №6050 Кочевского месторождения, ее продукция сильно обводнена и содержит 97% воды (Таблица 39).

Таблица 39 - Параметры скважины 6050

Параметры Значения

Температура пласта, 0С 90

Глубина до верхних перфорации, м 2663

Диаметр экспл колоны, мм 146

Глубина спуска насоса, м 2300

Динамический уровень, м 1901

Затрубное давление, МПа 1.1

Забойное давление, МПа 8.2

Пластовое давление, МПа 23.4

Устьевое давление, МПа 1

Параметры Значения

Насос ЭЦНД5-40-2100

Дебит, м3/сут 32, 24, 31

Газосодержание, м3/м3 55

Давление насыщения, МПа 6.6

Обводненность, % 97

В ходе ПРС перед установкой 25.11.2013 РВК был проведен дострел перфорации, что выразилось в увеличении дебита по жидкости с 27 до 30 м3/сут. Работа скважины с РВК, отличается стабильностью дебита по жидкости (Рисунок 105), чего не наблюдалось до установки РВК.

Рисунок 1 05 - Показатели работы скважины 6050 до и после установки РВК

Анализ притока жидкости в период с 04.06.2013 до 25.11.2013 к скважине показывает, что ПЗП скважины кольматируется. Вода сильно пересыщена карбонатом кальция (Таблица 40). Отложение кальцита, отмеченное при разборах ГНО, по-видимому, является основным кольматантом.

Рисунок 106 - Кривые притока флюида к скважине 6050

Анализ динамики дебита с РВК показывает, что при работе РВК дебит скважины стабилизируется и, скорее всего, это связано со снижением интенсивности кольматации околоскважинной зоны. Обводненность скважинной жидкости 97%, что не позволяет сделать предположение об образовании стабильных ВНЭ в насосе. В этой связи влияние на дебит скважины магнитного поля выражается в стабилизации дебита за счет уменьшения вероятности кольматации ПЗП.

Продукция скважины 1807, Тевлино-Русскинское месторождение, обводнена незначительно, 7% воды. РВК был установлен на скважину 15.01.2014.

Дебит жидкости скважины до установки РВК отличается хорошо выраженным падением (Рисунок 107). Учитывая низкую проницаемость пласта ЮС1, можно предположить, что образование солей в призабойной зоне скважины кольматирует поровое пространство особенно эффективно. После установки РВК дебит жидкости стабилизировался (Рисунок 108).

Рисунок 107 - Изменение дебита скважины 1807 до установки РВК

Рисунок 108 - Изменение дебита скважины 1807 после установки РВК

Скважина после последнего ремонта, на котором был установлен РВК, в режим введена с дебитом по жидкости 27 м3/сут. За период 126 суток дебит снизился до 19 м3/сут, тогда как в последний период безремонтного пробега снижение дебита было с 26 до 5 м3/сут за 110 суток, что является доводом в пользу предположения о тормозящем влиянии РВК на процессы кольматации ПЗП.

Параметры скважины 1807 представлены в Таблице 40.

Параметры Значения

Температура пласта, 0С 89

Глубина до верхних перфорации, м 2846

Диаметр экспл колоны, мм 146

Глубина спуска насоса, м 2370

Динамический уровень, м 1723

Затрубное давление, МПа 1.5

Забойное давление, МПа 8.2

Пластовое давление, МПа 22.39

Устьевое давление, МПа 1

Насос ЭЦНД5

Дебит, м3/сут до установки 5 РВК после 19 м3/сут

Газосодержание, м3/м3 61

Давление насыщения, МПа 7.8

Обводненность, % 8

Анализ кривых притока показывает сильное влияние кольматации ПЗП. Наблюдаемые дебиты при измеренном забойном давлении хорошо согласуются с расчетными дебитом (Рисунок 109).

Рисунок 109 - Кривые притока скважина 1807

Таким образом, анализ результатов опытной эксплуатации РВК однозначно указывает на то, что происходит ингибирование отложения солей в ПЗП, на УЭЦН и по стволу скважины. Сохранение проницаемости призабойной зоны скважины обеспечивает сохранение продуктивности скважин и выражается в увеличении среднего дебита скважин по жидкости по сравнению с дебитом скважин без РВК.

В качестве дополнительного довода в пользу влияния ЭМП на солеотложение и увеличение дебита была найдена корреляция, учитывающая удельное увеличение дебита и склонность добываемых вод к отложению солей.

Параметр «удельное увеличение дебита» (ЛQж/Qж) характеризует относительное увеличение дебита скважины. В Таблице 41 приведены результаты оценки параметра ЛQж/Qж.

Таблица 41 - Результаты оценки удельного увеличения дебита скважины с РВК

Скважина Ож, м3/сут Он, т/сут Оводы, м3/сут Вода, % Расчетное количество соли (СаСОэ), способное образоваться в скважине, мг/л ЛОж, м3/сут ЛО/Овод

2472 17.5 11.5 3.9 22 204 0.7 0.18

57411 36.8 2.1 34.3 86 226 5.2 0.15

6050 27.3 0.5 26.7 98 303 3.1 0.12

1807 16.5 13.2 0.9 6 242 2.8 2.88

1217 65.1 10 53.3 75 303 9.8 0.18

Скважины 1807 и 1217 не рассматривались, поскольку скважина 1807 малообводненная, а на скважине 1217 перед установкой РВК проводилась СКО, поэтому увеличение дебита не только связано с влиянием РВК. В случае со скважиной 1807 влияние может быть комплексным и влияние на солеотложение в пласте и влияние на вязкостные свойства обводненной нефти.

На Рисунке 110 приведена зависимость параметра ЛQж/Qж от потенциала отложения солей.

0.20

£ 0.08

0.06--

0.04--

0.02--

0.00 -I-1-1-1-1-1-1-1-1-

150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 Потенциал солеотложения, мг/л

Рисунок 110 - Корреляция, связывающая удельное увеличение дебита AQж/Qж и потенциал отложения солей

Выводы

Полученные после проведения ОПИ данные показывают, что РВК, воздействуя на добываемое углеводородное сырье, обеспечивает эффективную защиту скважины от отложения солей, а также влияет на увеличение её дебита. В процессе опытной эксплуатации аварийных остановок под действием РВК или по причине подклинивания или заклинивания ЭЦН не происходило. Таким образом, анализ результатов ОПИ РВК однозначно указывает на то, что происходит ингибирование отложения солей в ПЗП, на УЭЦН и по стволу скважины. Сохранение проницаемости призабойной зоны скважины обеспечивает сохранение продуктивности скважин и выражается в увеличении среднего дебита скважин по жидкости по сравнению с дебитом скважин без РВК.

4.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СОЛЕОТЛОЖЕНИЕ

4.2.1 Многоуровневая модель представления процессов добычи

углеводородов

Рассматриваемая система процесса добычи углеводородов на макроуровне включает ПЗП, НКТ, насосное оборудование, РВК, ТМС и протекающую жидкость в пределах обсадной колонны, а также взаимодействие перечисленных объектов. На микроуровне в систему входят физико-химические процессы взаимодействия в области малых величин.

Качественный анализ структуры физико-химической системы (ФХС) предполагает выделение двух аспектов: смыслового и математического [304, 305]. ФХС, как и любая другая система, состоит из элементов и их взаимосвязей. Элементом представляется тот или иной физический или химический эффект. Каждый уровень рассмотренной структуры характеризуется соответствующей формой математического описания (Рисунок 111).

Первый уровень описывается методами физико-химической кинетики и химической термодинамики (расшифровка сложных химических реакций). На данном уровне могут быть рассмотрены энергия систем кристаллов, ионные уравнения реакций различных растворов солей.

Второй уровень - это модели сегрегации потоков, теории гетерофазных химических процессов. Данный уровень описывают результаты экспериментов по массам осаждения соли на стрежнях, замеры уровня рН растворов с применением электромагнитной обработки растворов и без обработки. Энергия взаимосвязей: так как в молекуле кальцита энергия соединения Е=78 ккал/моль, а в молекуле арагонита - 82 ккал/моль в соответствии с работой [306], и длина связей в арагоните короче, чем в кальците, то можно предположить, что внешнее воздействие ЭМП оказывается непосредственно на электростатическую составляющую ионных связей внутри образующегося соединения.

V урОМнь

IV уровень

III уровень

II уровень

I уровень

Уро&ень ИЛЧны

Явленнч, отравляющие цнфодишничккуА обспюту силены

ЭПвЧИТ у реви ч

илстртеу щ (ЯЯЩ

оимц ч».п»р»чш»

1Ы1Ш, ¡П^игнин, |ИС (кчц |Ч№ЙН П№1"1

ахп-р** ^кчгг'

(РНЛНЫЬНИг

Явшшй №жфаХйГй н НЙИМЩрвмКЙ, единичного элементу л^перс <Й ОаЗУ

Вффмты нй надмолекулярном и глобулррчоч урйвне

Явления не «пмрдоолнулярнй даеч

1лг*нт до егере пу^р,, игл*

нон» ъугпкы

И0*Ь.. ййДКрты,

Основные процессы и параметры уровня {истемы

(ИТММ с й л.Чн

рнлняпчраннчм, НФЧЛИИ ^

ИП|НН(М1 Н ОЦЕСЧЙ

■■]МК1И, ТГЧЛрЯШЮТИ

(«ЖТ" Л1 г< фЦДОЖЙ

Чртгрящуридо ОМ. ДЕОИЗИЩ'Я |:а радист фи.

СПЛ№ПТрт||М крпг Ьчицрвчвд*»^!

ВДРИИШИ Рфущш* еилм. Т1Ц ИР». МКфНГНИШИ

* уЛЫЗВЛ^ПЫ! Г

Рисунок 11 1 - Многоуровневая модель представления процессов добычи

углеводородов

Третий уровень - это термодинамика поверхностных явлений, различные теории межфазного переноса на уровне элементов дисперсной фазы (пузырь, капля). Результаты исследования по разделу фаз [271] показывают, что обработка нефти импульсным магнитным полем позволяет при низкой температуре отстоя, равной 25 °С, увеличить объём отделяемой воды по сравнению с термохимией. Эксперименты проводились на различных пробах водонефтяной эмульсии на четырех режимах воздействующих частот. Для каждой пробы был выявлен наиболее эффективный режим частот. Было подтверждено, что обработка импульсным магнитным полем водонефтяной эмульсии совместно с небольшими

дозами деэмульгатора дает наилучший результат по выделению воды из эмульсии до 79 % от общего объема воды при времени отстоя до 120 минут.

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о положительном влиянии импульсного магнитного поля на процесс разделения ВНЭ.

Рассмотрим течение жидкости-раствора с полидисперсными включениями (частицами). Согласно [304]:

Z+(r) = —f(r) К(г, дЖдЖ (41)

Z-(r) = /;/2 K(JA, г — №Ш(г — дЖ (42)

где К(г, ц)Д(ц^ц - количество столкновений частиц из r-фазы с частицами ц-фазы в единицу времени; К(г,ц) - функция, носящая название коэффициента агрегации, т.е. вероятность агрегации включений в объемами г и ц при их единичной концентрации; ц-фаза - совокупность частиц, размеры которых принадлежат отрезку [ц, ц+d^; Z+(r), Z-(r) - скорости образования и исчезновения частиц r-фазы в единице объема за единицу времени.

Тогда уравнение сохранения массы для г-фазы имеет вид:

(p°f(r)rkr) + div(p°frArv2(r)) = p2°r[f(r)A(r) — f(r + dr)A(r +

Дг)] — Z-p%rAr + Z+р^гДг. (43)

В приложение к проведенным исследованиям, описанным в разделе 4.1.1 и 4.1.2, применение акустического поля катализирует образование ватерита. Если данное ускорение образование осадка происходит в гомогенной среде, то, соответственно, происходит ингибирование его образования в гетерогенной среде (на скважинном оборудовании). Но при применении совместного действия акустического и ЭМП происходит ускорение образования кальцита. Для данного типа образования осадка наилучшим вариантом является применение совместного действия акустического и ЭМП.

Согласно классической механике, частота гармонических колебаний

v = 1*J§, (44)

Квантовомеханическое рассмотрение такой системы дает дискретную последовательность равноотстоящих уровней энергии Е^)=Ьуе^+72), где V = 0, 1, 2, 3, ... - колебательное квантовое число, ve - гармоническая колебательная постоянная молекулы (Ь - постоянная Планка). При переходе между соседними уровнями, согласно правилу отбора Ду=1, поглощается фотон с энергией

^=ДБ=Б(у+ 1)-Б^)=^^+1 +1/2)-^е^+1/2)=^е, (45)

т. е. частота перехода между двумя любыми соседними уровнями всегда одна и та же, причем совпадает с классической частотой гармонических колебаний. Для реальных молекул кривая потенциальной энергии не является указанной квадратичной функцией q, т. е. параболой. Колебательные уровни все более сближаются по мере приближения к пределу диссоциации молекулы и для модели

ангармонического осциллятора описываются уравнением: Е(у)= Л [ус(у+'/2)-

Х1(у+1/2)2], где Х1 - первая постоянная ангармоничности. Квантование колебательной энергии многоатомной молекулы в приближении многомерного гармонического осциллятора приводит к следующей системе колебательных уровней энергии:

Е(у1,У2,Уз.....Уп) = уек(ук+^), (46)

где vek - гармонические колебательные постоянные, ук - колебательные квантовые числа, dk - степень вырождения уровня энергии по к-му колебательному квантовому числу. Основные частоты в колебательном спектре обусловлены переходами с нулевого уровня (все ^=0), колебательная энергия на уровни, характеризуемые

Е(0,0.....0) = (47)

такими наборами квантовых чисел V, в которых только одно из них равно 1, а все остальные равны 0. Как и в случае двухатомных молекул, в ангармоническом приближении возможны также обертонные и «горячие» переходы и, кроме того, комбинированные переходы с участием уровней, для которых отличны от нуля два или более из квантовых чисел .

На третьем уровне также могут быть описаны совокупность макровключений дисперсной среды, гидромеханические модели с помощью метода статистических ансамблей Гиббса. Форма описания стохастических свойств ФХС, дополненная детерминированными моделями переноса массы, энергии, импульса в пределах фаз. Основой моделирования стохастических свойств системы служит метод статистических ансамблей (Гиббса), который для физической квазизамкнутой системы (энергия взаимодействия подсистем мала по сравнению с их внутренней энергией) [298] приводит к уравнению непрерывности в фазовом пространстве,

др(х,у,г) V"1 д

-+ У — \уЦхЛ)р(х,уЛ)\ +

дг

д

+ ■^[Уее(у^)р(х1у^)] = яи\р(х,у, Од] , (48)

где р(х,уД) - плотность функции распределения вероятности системы (из статистического ансамбля Гиббса) по фазовым координатам; х=(х1гх2,..., х^т -вектор внешних координат; у=(у1,у2,.,ур)т - вектор внутренних координат; VI1 (уД) - скорость изменения ьой внешней координаты; У|Ь (уД) - скорость изменения j-ой внутренней координаты; qu[p(x,y,t),t] - скорость появления или исчезновения в системе в момент времени t частиц дисперсной фазы с координатами х и у за счет внешних «источников» и «стоков», а также взаимодействия частиц между собой.

Энергия Гиббса показывает, какая часть от полной внутренней энергии системы может быть использована для химических превращений или получена в их результате в заданных условиях и позволяет установить принципиальную возможность протекания химической реакции в заданных условиях. Энергию Гиббса можно понимать, как полную

потенциальную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.):

С = и + РУ - ТБ, (49)

где и - внутренняя энергия, Р - давление среды, V - объём, Т -абсолютная температура среды, Б - энтропия.

Дифференциал энергии Гиббса для системы с постоянным числом частиц, выраженный в собственных переменных - через давление Р и температуру Т:

ав = -Бйт + уар, (50)

Для системы с переменным числом частиц этот дифференциал записывается

так: