Исследование и разработка волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта

Пыхов, Данила Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и разработка волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта
ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта"

УДК 622.276

На правах рукописи

¿¿Г

ПЫХОВ ДАНИЛА СЕРГЕЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВОЛНОВОГО МЕТОДА РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ И В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА

Специальность 25.00.17 — Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 АВГ 2013

005532241

------------- Уфа 2013

005532241

• Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «Hill ЭР»).

Научный руководитель - Ямалетдинова Клара Шаиховна,

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты: - Нугаев Раис Янфурович,

доктор технических наук, профессор, ГУП «ИПТЭР», главный научный сотрудник отдела «Гидродинамическое моделирование технологических процессов в добыче нефти»

- Галлямов Ирек Мунирович,

кандидат технических наук, ООО «БашНИПИнефть», ведущий инженер отдела развития технологий добычи нефти и газа

Ведущая организация — Государственное автономное научное

учреждение «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов» Академии наук РБ

Защита состоится 29 августа 2013 г. в II30 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 29 июля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор пуЯ^—Худякова Лариса Петровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Большое количество нефтедобывающих скважин России характеризуется высокой степенью обводненности продукции. Средняя обводненность продукции добывающих скважин на таких месторождениях превышает 90 % при довольно низких коэффициентах нефтеотдачи.

Обводнение продуктивных пластов нефтяных месторождений вносит значительные осложнения в технологии добычи, сбора и подготовки нефти. Эти осложнения связаны с образованием водонефтяных эмульсий (ВНЭ), характеризующихся высокими значениями вязкости и устойчивости к разрушению.

Известны методы химического, электрического, теплового, механического и волнового воздействий на водонефтяные эмульсии с целью их разрушения. Предпочтение отдают современным технологиям, которые являются более «мягкими» к окружающей среде, например гидроимпульсным, виброволновым методам воздействия, методу воздействия высокочастотным электрическим полем и др. Применение таких методов, в частности, снижает количество реагентов, добавляемых в вытесняющий агент. В то же время недостаточно исследованы диапазоны частот электромагнитного излучения (ЭМИ), влияющих на деструктивные процессы в водонефтяной эмульсии.

Цель работы - исследование влияния различных диапазонов частот электромагнитного излучения на деструктивные процессы в водонефтяной эмульсии и разработка нового волнового метода ее разрушения в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта.

Основные задачи работы:

- анализ и обобщение опыта применения существующих методов разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта;

- теоретические исследования различных механизмов деструктивного воздействия электромагнитного излучения на водонефтяную эмульсию;

- оценка характеристик источников электромагнитного излучения с точки зрения производительности и энергоэффективности;

- разработка нового волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта;

исследование способов доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях.

Методы решения поставленных задач

Решение поставленных задач осуществлялось путем теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных условиях с использованием капиллярной установки, моделирующей единичную пору нефтяного пласта. В работе использованы численные и статистические методы обработки результатов экспериментальных исследований, методы компьютерной микроскопии и обработки изображений с использованием программы 3D_Image.

Научная новизна результатов работы

1. В результате теоретических исследований различных механизмов деструктивного воздействия электромагнитного излучения на водонефтяную эмульсию выявлены квантово-механическая (молекулярная) модель поглощения электромагнитного излучения с последующими деструктивными процессами и модель микроглобул, образующих резонаторы для электромагнитных волн. Установлено, что в отличие от молекулярных механизмов поглощения поглощение через микроглобульные резонаторы не обладает ярко выраженным резонансом по частоте.

2. Разработана методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий.

3. Установлены наиболее энергоэффективные диапазоны частот (от 4,0-Ю14 до 7,5-Ю14 Гц) электромагнитного излучения для разрушения водонефтяной эмульсии.

4. Разработан комбинированный метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, заключающийся в комплексном воздействии на ВНЭ электромагнитным излучением оптического диапазона и UHF диапазона частот, когда в переходной зоне вытесняемого и вытесняющего агентов производят одновременно воздействие электромагнитным излучением в диапазоне частот (4,0...7,5)-1014 Гц, которое поглощается поверхностным слоем бронирующей оболочки водонефтяной эмульсии, и воздействие ЭМИ частотой порядка 2,5-109 Гц, которое проникает в объем водонефтяной эмульсии.

5. Обоснована целесообразность использования колтюбинговых технологий для доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях.

На защиту выносятся:

- механизмы деструктивного воздействия электромагнитного излучения на водонефтяную эмульсию: квантово-механическая модель поглощения электромагнитного излучения с последующими деструктивными процессами и модель микроглобул, образующих резонаторы для электромагнитных волн;

- методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий;

- результаты экспериментальных исследований по выявлению наиболее энергоэффективных диапазонов частот электромагнитного излучения для разрушения водонефтяной эмульсии;

- новый волновой метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, предусматривающий комплексное воздействие электромагнитного излучения разных диапазонов частот на водонефтяную эмульсию;

технические предложения по способу доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях.

Практическая ценность п реализация результатов работы

Исследования проводились в рамках реализации Государственного контракта № 14.740.11.0429 по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» на тему «Исследование экологически безопасных технологий интенсификации вытеснения трудноизвлекаемых запасов нефти».

Разработанные автором технические предложения позволяют решать проблему доизвлечения нефти и повышать коэффициент нефтеизвлечения месторождений с высокой степенью обводненности экологически безопасными технологиями. Разработанная автором Методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий (СТО № 01-08-2012) используется в исследовательской практике ГУП «ИПТЭР», внедрена в учебный процесс кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет» и в учебный процесс кафедры «Бурение, разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ФГБОУ ВПО «Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М.Д. Миллионщикова».

Оценка достоверности результатов обеспечивалась путем применения современных методов математического и физического моделирования и статистических методов обработки данных. Достоверность результатов исследований достигается применением поверенных средств измерений, сопоставлением результатов теоретических оценок, аналитических расчетов и данных экспериментальных исследований с результатами исследований других ученых.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-методических конференциях (с международным участием) «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике» (Уфа, 2010 г., 2011 г., 2012 г.); Всероссийских научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках Российских энергетических форумов, Международных специализированных выставок «Энергетика Урала», Международных специализированных выставок «Энергосбережение» (Уфа,

2009 г., 2011 г., 2012 г.); Всероссийской конференции с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых ученых «Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и нанотехнологий» (Уфа, 2010 г.); Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Волгоград, 2010 г.); научно-практической конференции в рамках 8-ого Международного молодежного нефтегазового форума (Алматы, 2011 г.); II, III Student International Scientific and Practical Conferences «Oil and gas horizons» (Москва,

2010 г., 2011 г.); научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках Нефтегазовых форумов и международных специализированных выставок «Газ. Нефть. Технологии» (Уфа, 2010-2013 гг.); Студенческой научно-практической конференции по физике (Уфа, 2012 г.); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (Уфа, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 научные работы, в т.ч. 5 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 124 наименования. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 27 таблиц.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору, академику АН РБ Ггшаеву Р.Н., д.ф.-м.н., профессору Гоцу С.С., д.т.н., доценту Сушко Б.К., д.т.н., профессору Хисамутдинову Н.И. за полезные советы it помощь. Автор благодарит соавторов совместных работ и коллег за плодотворное сотрудничество и внимание к работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе на основе анализа существующих методов разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта обоснована необходимость уточнения механизма разрушения водонефтяной эмульсии при использовании для этих целей электромагнитного излучения.

Большое количество нефтедобывающих скважин России характеризуется высокой степенью обводненности продукции и невысокими коэффициентами нефтеизвлечения, что снижает рентабельность эксплуатации добывающих скважин. Специалисты и ученые разрабатывают все новые технологии эффективной эксплуатации малодебитных и высокообводненных добывающих скважин с целью повышения коэффициента нефтеизвлечения, однако не всегда учитывается экологический аспект таких технологий, который является одной из приоритетных проблем в нефтяной отрасли.

Большой вклад в решение теоретических и практических задач повышения коэффициента нефтеизвлечения нефтяных и нефтегазовых месторождений внесли крупные ученые и известные исследователи:

B.Е. Андреев, М.Ю. Ащепков, A.C. Великовский, И.М. Галлямов, Р.Ф. Ганиев, Р.Х. Гильманова, В.Н. Глущенко, Н.М. Дегтярев, В.П. Дыбленко, Ю.П. Желтов, В.И. Забродин, C.JI. Закс, В.Г. Карамышев, Ю.А. Котенев,

C.А. Костров, Р.Ю. Кузнецов, С.А. Кундин, Р.Ш. Муфазалов, В.Н. Николаевский, Р.Я. Нугаев, JLH. Раковский, Ю.В. Ревизский, М.Д. Розенберг, Ф.Л. Саяхов, Э.М. Симкин, В.П. Тронов, А.Ш. Халадов, Н.И. Хисамутдинов, К.Ш. Ямалетдинова и др. Большой вклад в изучение этого вопроса внесли и зарубежные ученые: Р. Блеквелл, Д. Ароновский, Дж. Чилингар, Р. Роберте и др.

Известно, что эмульсии — это грубодисперсные системы с частицами размерами от 0,1 мкм и более. В промысловых водонефтяных эмульсиях размер эмульгированных капель дисперсной водной фазы обычно меняется в пределах от 0,1 до 100 мкм.

Образование водонефтяной эмульсии обусловлено рядом факторов, одними из которых являются применение заводнения для поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений и переход многих из них в позднюю стадию эксплуатации. Механизм дробления водной фазы по П.А. Ребиндеру заключается в вытягивании водной глобулы в единичной поре пласта в поле сдвиговых деформаций, т.е. когда причиной деформации являются вязкие напряжения, действующие по сечению капель, в

цилиндр, которое сопровождается увеличением межфазной поверхности контакта воды и нефти. Достигнув критической длины, глобула-цилиндр рвется на более мелкие капли. На образовавшейся межфазной поверхности эмульсии существует адсорбционный слой, состоящий из асфальтенов, смол, парафинов и механических примесей.

Разрушение водонефтяных эмульсий производят различными методами, которые по характеру воздействия могут быть сгруппированы в химические, электрические, тепловые, механические и волновые.

Общим для большинства методов разрушения ВНЭ является то, что они направлены на превращение мелких капелек воды в первоначальной исходной эмульсии в более крупные за счет их коалесценции и сегрегативного разделения. В данной работе рассматриваются волновые методы разрушения ВНЭ. В результате теоретических исследований нами выявлены два механизма деструктивного воздействия ЭМИ на ВНЭ: квантово-механическая модель поглощения ЭМИ с последующими деструктивными процессами и модель микроглобул, которые образуют резонаторы для электромагнитных волн. Квантово-механическая модель электромагнитного воздействия характеризуется высокой детальностью описания частотных характеристик поглощения электромагнитных волн и хорошим совпадением теории с экспериментом. Модель микроглобул характеризуется изолированными резонаторами в микроструктуре водонефтяных эмульсий.

Таким образом, одним из перспективных направлений решения проблемы рационального природопользования является повышение коэффициента нефтеизвлечения нефтяных месторождений путем разрушения водонефтяных эмульсий волновыми методами в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта.

Вторая глава посвящена разработке методики исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий в поверхностных и пластовых условиях.

Методика проведения испытаний заключается в подготовке образцов эмульсии с имитацией поверхностных и пластовых условий, воздействии на них источниками электромагнитного излучения, фотографировании увеличенного изображения образцов водонефтяной эмульсии в исходном состоянии и после воздействия на них ЭМИ, обработке полученных результатов экспериментальных исследований и сравнении характеристик дисперсности эмульсии до и после внешних воздействий.

Образцом часть водонефтяной эмульсии становится после размещения ее между специальными стеклами или после закачивания ее в кварцевую капиллярную трубку.

Пример фотографии 20 %-ной водонефтяной эмульсии, размещенной между специальными стеклами, приведен на рисунке 1. Обработка полученных изображений заключается в подсчете количества глобул каждого размера и построении графиков распределения характеристик дисперсности -количества и суммарной площади проекций глобул воды в эмульсии по диаметрам (рисунки 2, 3). _

Рисунок 1

- Двумерное изображение 20 %-ной водонефтяной эмульсии, полученное с помощью цифрового фотоаппарата

Сравнивают характеристики дисперсности эмульсии до и после воздействия на нее электромагнитным излучением. Отношение суммарной площади проекций глобул воды после воздействия электромагнитным излучением к суммарной площади проекций глобул воды до воздействия считают коэффициентом эффективного разрушения водонефтяной эмульсии.

2500

12000

о ^

о1500 ей

»1000

§ 500 0

0 2 4 6!

средний диаметр глобул воды, мкм

Рисунок 2 - Распределение глобул воды в эмульсии по диаметрам

| 7000

|бооо

g 5000

§ 4000 5

'3 3000 р

| 2000 а

° 1000 I 0

§ 0 2 4 6

в средний диаметр глобул воды, мкм

Рисунок 3 - Распределение площади проекций глобул воды по диаметрам

Полученные изображения обрабатывают с использованием программы 30_1п^е (рисунок 4). На рисунке 4 в левом нижнем углу показаны фотографии образцов водонефтяной эмульсии, выше них - трехмерное изображение яркостного профиля эмульсии и график с надписью «Профиль строк(и)» - яркостный профиль суммы трех выделенных строк растрового изображения образца ВНЭ. Анализируя график на рисунке 4, можно видеть большое количество направленных вверх пиков - всплесков. Эти пики, или всплески, появляются в тех местах, где имеются глобулы воды, а высота их тем больше, чем больше диаметр глобул воды.

В процессе анализа полученных результатов обработки определяют высоту пиков в окне «Профиль строк(и)», затем находят усредненное значение высот пиков. Отношение средней высоты пиков после воздействия электромагнитным излучением к средней высоте пиков до воздействия считают коэффициентом эффективного разрушения водонефтяной эмульсии.

Испытания по определению характеристик дисперсности водонефтяной эмульсии при пластовых условиях исследуемого нефтяного месторождения проводили на капиллярной установке высокого давления, функциональная схема которой приведена на рисунке 5.

-5,

§шшш ........ ,,!.>.

Статистика строф) с 29 пс Среднее значение профиля 286.882

Дисперсия профиля строк(и) 306.430

Стандартное отклонение профиля 17.505 Неоднорооносгь профиля строф) 0.051 Коэффициент асимметрии профиля 0.777 Коэффициент эксцесса профиля 9.283 Диапазон изменения профиля 11.768 Э'чта Отнош знач. 1.00 Раза отсч 0

Функция стро

■г 1аррт С 1йОЯ

Поз. 0 Знзч. 289

Вращ.вокр.верт.оси 33^

Враш.еокр.гориз.оси 32

!^Т"Г..Т----------

Размер изображения 6

СмещлТзображ.по X100

Смеш.изображ.поУ 100

ш............

Детализ. иэображ. 2 Число эяем.изображ.128

РРТ 1 1с1 ОЯ | ДСГ ! РЬа^е! РКР1апе! Ва1ю [

са| Бауе ! Орсп | 3<Лтаде( 5е1ес1Ориоо! ? | _

Уровекьот Маркер фу

Рисунок 4 - Рабочая панель программы ЗD_Image после построения трехмерного изображения яркостного профиля водонефтяной эмульсии

1 - кварцевый капилляр;

2 — источник электромагнитного излучения;

3 - головки-держатели капилляра;

4 - тяжелая станина установки;

5, 6, 11, 12 - игольчатые вентили; 7, 8, 13, 14 - образцовые манометры;

9, 10 - буферные емкости высокого давления;

15, 16 - микроизмерительные прессы;

17 - оптический микроскоп;

18 - цифровая видеокамера или фотоаппарат;

19 - персональный компьютер

Рисунок 5 - Функциональная схема капиллярной установки

для исследования дисперсности водонефтяных эмульсий

Установка состоит из капилляра 1 из кварцевого стекла внутренним диаметром 100 мкм, устанавливаемого между головками 3, привинченными к тяжелой прочной станине 4, на которой размещен источник электромагнитного излучения 2. Предварительно в капилляр по специальной методике подается водонефтяная эмульсия.

Экспериментальное исследование и документирование результатов анализа дисперсности эмульсии ведут с помощью микроскопа 17, цифровой видеокамеры или фотоаппарата 18 и персонального компьютера 19. Полученные результаты экспериментальных исследований обрабатывают с использованием программы ЗВ_1гг^е.

В третьей главе приведены результаты исследования влияния параметров электромагнитного излучения на характеристики водонефтяной эмульсии. В экспериментальных исследованиях использовали пять видов электромагнитных излучателей: источник ЦШ7 с частотой 2,5-10 Гц, тепловой

источник ЭМИ с максимальным излучением длиной волны 1мкм при температуре 2700 К, трехкомпонентный RGB источник ЭМИ с диапазоном частот (4,0...7,5)-1014 Гц, монохромный источник излучения (красный) с частотой 4,0-1014 Гц и монохромный источник излучения (зеленый) с частотой 5,3-Ю14 Гц.

Время воздействия различных источников излучения на водонефтяную эмульсию выбирают из условия равенства плотностей потоков энергии всех перечисленных излучателей. Экспериментальные исследования проводили с использованием 20 %-ной водонефтяной эмульсии из скважины 1499, 25 %-ной - из скважины 1509 и 40 %-ной - из скважины 1528 Арланского нефтяного месторождения НГДУ «Арланнефть». На рисунках 6 и 7 приведены графики распределения количества и площади проекций глобул воды в зависимости от их диаметров в водонефтяной эмульсии до и после воздействия электромагнитным излучением частотой (4,0.. .7,5)-1014 Гц.

11000 I

Рисунок 6 - Графики распределения количества глобул воды по диаметрам в водонефтяной эмульсии до и после воздействия электромагнитным излучением частотой (4,0...7,5>1014Гц

0 2 4 6 8

средний диаметр глобул воды, мкм

Рисунок 7 — Графики распределения площади проекций глобул воды по диаметрам в водонефтяной эмульсии до и после воздействия электромагнитным излучением частотой (4,0...7,5)-1014Гц

Полученные зависимости показывают, что количество глобул воды после воздействия электромагнитным излучением частотой (4,0...7,5)-1014 Гц заметно увеличивается. Аналогичные зависимости установлены и в исследованиях по воздействию на эмульсии остальными источниками электромагнитного излучения.

По результатам проведенных исследований определены коэффициенты эффективного разрушения эмульсии, значения которых составили: при воздействии UHF ЭМИ - 2,7; трехкомпонентным RGB источником излучения

- 2,1; тепловым источником излучения - 1,3; монохромным источником излучения (зеленым) частотой 5,3-Ю14 Гц - 1,2 и монохромным источником излучения (красным) частотой 4-1014 Гц - 0,9.

В таком же порядке по эффективности расположились источники электромагнитного излучения после обработки результатов исследований образцов водонефтяной эмульсии с помощью программы ЗВ_1та§е, хотя значения коэффициентов эффективного разрушения эмульсии в этом случае имеют некоторые отличия и соответственно равны: 3,1; 2,1; 1,6; 1,2 и 0,7.

Полученные различными методами коэффициенты эффективного разрушения эмульсии с высокой степенью точности связаны между собой прямо пропорциональной зависимостью, что позволяет оценить эффективность воздействия ЭМИ с точки зрения разрушения эмульсии.

На рисунке 8 в виде гистограммы представлены результаты исследования эффективного образования глобул воды различных размеров при воздействии исследуемыми источниками электромагнитного излучения.

Монохромный источник излучения, красный

Монохромный источник ршщ излучения, зеленый РЩЩ

Тепловой источник ЭМИ. 2700 К

Трехкомпонентный RGB источник ШИ ЭМИ

¡gragg Источник UHF

0 100 200 300 400 500,%

Рисунок 8 - Эффективность разрушения эмульсии воздействием

различными источниками электромагнитного излучения (цифры рядом со столбиками соответствуют усредненным диаметрам глобул воды в мкм)

Исследования показали, что в результате воздействия различными источниками электромагнитного излучения наблюдается наибольший рост глобул воды усредненными диаметрами 1,3 мкм, 2,5 мкм и 7,5 мкм при воздействии UHF, наибольшее увеличение количества глобул воды диаметром 3,8 мкм при воздействии трехкомпонентным RGB источником и наибольшее увеличение количества глобул воды диаметром 5 мкм при воздействии тепловым излучателем с температурой Т = 2700 К.

Во всех исследованных случаях с увеличением частоты в рассматриваемом диапазоне частот электромагнитного излучения эффективность разрушения эмульсии увеличивается (рисунки 9 и 10).

Рисунок 9 - Влияние частоты электромагнитного излучения на эффективность разрушения водонефтяной эмульсии для глобул воды диаметром 3,8 мкм

Рисунок 10 — Влияние частоты электромагнитного излучения на эффективность разрушения водонефтяной эмульсии без учета размеров глобул воды

Экспериментальные исследования по разрушению водонефтяной эмульсии в пластовых условиях проводили на капиллярной модели единичной поры пласта при давлении в системе 14 МПа и при всех исследуемых диапазонах частот ЭМИ (рисунок 11).

4 5,3 7,5

частота излучения, х1014,Гц |

Рисунок 11 - Рабочая панель программы 3D_Image после построения трехмерного изображения яркостного профиля водонефтяной эмульсии в объемной модели единичной поры пласта

Обработку результатов исследований по разрушению водонефтяной эмульсии в пластовых условиях проводили по методике, приведенной во второй главе работы, и с использованием программы 3D_Image. Средний коэффициент разрушения эмульсии составил 1,54. Уменьшение значения этого коэффициента по сравнению с результатами, полученными на плоских моделях, объясняется перекрытием изображений глобул воды в капилляре.

В четвертой главе приведен сравнительный анализ исследованных режимов и результатов воздействия на водонефтяную эмульсию электромагнитным излучением. На их основе разработан комбинированный метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, заключающийся в комплексном воздействии электромагнитным излучением оптического диапазона и UHF диапазона частот на водонефтяную эмульсию.

В таблице 1 в качестве примера приведены результаты исследований с использованием нефти Арланского месторождения.

В результате сравнительного анализа показателей эффективности разрушения водонефтяной эмульсии и энергетических затрат на разрушение эмульсии обнаружено, что они связаны между собой логарифмической зависимостью (рисунок 12).

Таблица 1 - Характеристики источников электромагнитного излучения и результаты воздействия ими на водонефтяную эмульсию

Источник излучения Длина волны, мкм Частота, Гц Время воздействия, мин Расход электроэнергии, кВт-ч Коэффициент эффективного разрушения эмульсии

Монохромный источник излучения, красный 0,75 4,0-Ю14 15,00 0,18 0,7...0,9

Монохромный источник излучения, зеленый 0,55 5,3-Ю14 12,00 0,34 1,2

Тепловой источник ЭМИ, 2700 К 1,00; Мах Radiation 3-Ю14 Max Radiation 9,00 9,00 1,3...1,6

Трехкомпонентный RGB источник ЭМИ 0,75 ...0,40 (4,0...7,5)-1014 18,00 3,30 2,1

Источник UHF 1,2-105 2,5-109 0,67 8,90 3,1...2,7

Рисунок 12 - График зависимости коэффициента эффективного

разрушения водонефтяной эмульсии от энергетических затрат

Результаты исследований показали, что наиболее оптимальным из исследованных источников электромагнитного излучения для целей разрушения водонефтяной эмульсии является электромагнитный излучатель

частотой излучения (4,0...7,5>1014 Гц. Как видно из таблицы 1 и рисунка 12, эффективность разрушения эмульсии трехкомпонентным RGB излучателем на 22 % ниже, чем при воздействии UHF, а энергетические затраты в 2,7 раза ниже, чем при воздействии UHF. В результате вышеприведенных исследований установлено, что наиболее оптимальные условия разрушения водонефтяной эмульсии создаются при воздействии на нее ЭМИ частотой (4,0...7,5>1014 Гц в видимом диапазоне. Таким образом, для повышения эффективности разрушения водонефтяной эмульсии в видимом диапазоне частот следует воздействовать источниками с большей частотой из исследованного диапазона частот электромагнитных излучений.

В работе предложено оценивать скорость разрушения эмульсии связанной с ней скоростью образования глобул воды при воздействии электромагнитными источниками излучения, равной отношению коэффициента эффективного разрушения эмульсии К ко времени, за которое это разрушение произошло. Результаты расчета скорости образования глобул воды в водонефтяной эмульсии при воздействии различными источниками электромагнитного излучения приведены в таблице 2, где можно видеть, что источник излучения UHF - самый эффективный среди исследованных источников. Однако, если учитывать энергетические затраты на разрушение водонефтяной эмульсии, то на второе место выходит монохромный источник излучения с частотой 5,3-1014 Гц. Если расставить источники электромагнитного излучения по показателям, приведенным в таблице 2, можно сделать вывод, что они меняются местами по показателям, которые характеризуют их производительность, эффективность, энергоемкость и безопасность.

Таблица 2 - Характеристики источников электромагнитного излучения, используемых для разрушения водонефтяной эмульсии

Источник Произво- Коэффи- Скорость Расход Пожаро-

излучения дитель- циент образова- электроэнергии взрыво-

ность, эффектив- ния для увеличения опас-

отнесен- ности глобул температуры ность

ная разрушения воды, К/ч эмульсии на

к энерго- эмульсии 2,7 °С, кВт-ч

затратам (К)

1 2 3 4 5 6

Источник

излучения UHF с частотой 27,50 2,7 245,0 8,90 наивысшая

2,5-109 Гц

Окончание таблицы 2

1 2 3 4 5 6

Тепловой источник ЭМИ с максимальным излучением при частоте 3-1014Гц и 2700 К 0,92 1,3 8,7 9, 00 средняя

Трехкомпонентный RGB источник ЭМИ с диапазоном частот (4,0...7,5)-10и Гц 2,10 2,1 7,0 3,30 низкая

Монохромный источник излучения частотой 5,3-Ю14 Гц 17,60 1,2 6,0 0,34 очень низкая

Вышеизложенные результаты позволили разработать комбинированный экологически безопасный волновой метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и призабойной зоне пласта, предусматривающий комплексное воздействие электромагнитным излучением, при котором в диапазоне частот (4,0...7,5)-1014 Гц ЭМИ поглощаются поверхностным слоем водонефтяной эмульсии, при воздействии ЭМИ частотой порядка 2,5-109 Гц - проникают в объем обратной нефтяной эмульсии.

В работе приводится обоснование технических предложений по способу доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта. Для этой цели предложено использовать колтюбинговые технологии, основанные на применении длинномерных труб в бунтах, которые являются технологическим инструментом, направляемым в скважину с помощью специальных спускоподъемных агрегатов - колтюбинговых установок.

Предложено к концу длинномерной трубы, направляемой в призабойную зону скважины, прикрепить цилиндрический корпус генератора электромагнитных излучений, в котором размещают источники ЭМИ. С целью воздействия ЭМИ на продуктивный пласт в конце колтюбинговой трубы делают специальную перфорацию.

При выборе конструктивных параметров генератора электромагнитных излучений, в частности расстояния между отверстиями перфорации в продольном направлении, необходимо учитывать эффективность разрушения глобул воды различных диаметров в водонефтяной эмульсии путем воздействия различными источниками электромагнитного излучения (рисунок 13).

2.5 3,75 5 7,5

средний диаметр глобул воды, нкм

Рисунок 13 - Эффективность разрушения глобул воды различных диаметров в водонефтяной эмульсии

Важным условием применения длинномерных труб является промышленная и экологическая безопасность работ в скважине, определяемая сроком службы длинномерных труб, который можно увеличить, внедрив предложенные автором изменения в конструкцию и в инструкцию по эксплуатации колтюбинговой установки.

Основные выводы и рекомендации

1. Разработана методика экспериментального исследования дисперсности водонефтяных эмульсий в поверхностных и пластовых условиях при воздействии на них электромагнитным излучением в диапазоне частот от

4,0-Ю14 до 7,5-1014 Гц.

2. В результате исследования по разработанной методике влияния частоты электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяной эмульсии установлен различный уровень поглощения электромагнитного излучения. Установлено, что характерная ширина резонансных пиков за счет механизма поглощения микроглобул отличается от характерной ширины резонансных пиков молекулярного (квантово-механического) механизма поглощения в 103... 104 раз.

3. Обнаружено, что эффективность разрушения водонефтяной эмульсии по сравнению с воздействием монохромным ЭМИ увеличивается более чем в

два раза при волновом воздействии на ВНЭ излучением, включающим в себя, по крайней мере, три разночастотные спектральные компоненты оптического диапазона, равномерно разнесенные в диапазоне частот (4,0...7,5)-1014Гц.

4. Разработан комбинированный метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, заключающийся в комплексном воздействии на ВНЭ электромагнитным излучением оптического диапазона и UHF диапазона частот, когда в переходной зоне вытесняемого и вытесняющего агентов производят одновременно воздействие электромагнитным излучением в диапазоне частот (4,0...7,5>1014 Гц, которое поглощается поверхностным слоем бронирующей оболочки водонефтяной эмульсии, и воздействие ЭМИ частотой порядка 2,5-109 Гц, которое проникает в объем водонефтяной эмульсии.

5. Обосновано и рекомендовано использование колтюбинговых технологий' для доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и разработаны технические предложения для их осуществления.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

Ведущие рецензируемые научные журналы

1. Ямалетдинова, К. Ш. Усовершенствование оптических методов экспериментального исследования смешивающегося вытеснения водонефтяных эмульсий в модели единичной поры пласта [Текст] / К. Ш. Ямалетдинова, С. С. Гоц, Д. С. Пыхов, А. Ф. Мухаметзянова // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2010. - Вып. 4 (82). - С. 5-13.

2. Бондарук, А. М. Анализ функциональных характеристик яркостных профилей оптического изображения структур двухфазных сред [Текст] / А. М. Бондарук, С. С. Гоц, Р. Н. Гимаев, Р. М. Хакимов, А. А. Нурутдинов, Д. С. Пыхов-// НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2010. - Вып. 4 (82). - С. 14-19.

3. Гоц, С. С. К вопросу о количественной оценке характеристик техногенных рисков на предприятиях нефтегазового комплекса [Текст] / С. С. Гоц, К. Ш. Ямалетдинова, А. М. Бондарук, М. Р. Гимаев, Д. С. Пыхов // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2011. - Вып. 2 (84). - С. 109-115.

4. Гуськов, С. А. Надежность инструмента экологически чистой доставки реагентов и энергетических импульсов в призабойную зону скважин

для разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях [Текст] / С. А. Гуськов, Д. С. Пыхов, С. И. Пыхов, А. А. Ямалетдинова // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2012. - Вып. 3 (89). - С. 39-45.

5. Ямалетдинова, А. А. Исследование эффективности воздействия электромагнитного излучения в видимой части оптического диапазона длин волн на водонефтяную эмульсию [Текст] / А. А. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов, А. Г. Гумеров, С. С. Гоц, К. Ш. Ямалетдинова // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2013. -Вып. 2 (92). - С. 24-33.

Прочие печатные издания

6. Пыхов, Д. С. Исследование фазовых превращений двухфазных смесей нефти и газа в пластовых условиях с позиции нанофизики нефти [Текст] / Д. С. Пыхов, А. А. Ямалетдинова, М. С. Судницын // Энергоэффективность. Проблемы и решения: матер. Девятой Всеросс. научн.-практ. конф. 21 октября 2009 г. - Уфа, 2009. - С. 73-74.

7. Ямалетдинова, А. А. Капиллярная конденсация компонентов газовой фазы в нефтяную при смешивающемся вытеснении [Текст] / А. А. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов, С. С. Гоц // Сб. тезисов Второй Междунар. студенческой научн.-практ. конф. 6-7 декабря 2010 г. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2010. - С. 5-6.

8. Ямалетдинова, К. Ш. Экспериментальные исследования смешивающегося вытеснения углеводородов в приближении мультикапиллярной модели пласта [Текст] / К. Ш. Ямалетдинова, С. С. Гоц, Р. М. Хакимов, Д. С. Пыхов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Проблемы и методы рационального использования нефтяного попутного газа: матер, научн.-практ. конф. 26 мая 2010 г. - Уфа, 2010. - С. 55-56.

9. Гоц, С. С. Цифровая обработка изображений в компьютерной оптической микроскопии [Текст] / С. С. Гоц, Д. Ш. Фаткуллина, Д. С. Пыхов, А. А. Нурутдинов, А. А. Ямалетдинова, Д. Ю. Кузнецов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сб. матер. 6-ой Всеросс. научн.-метод. конф. (с международным участием) 14-15 апреля 2010 г.: в 2 ч. -Уфа: РИЦБашГУ, 2010. - Ч. 1. - С. 267-271 .

10. Пыхов, С. И. Методы повышения уровня безопасности доставки реагентов и энергетических импульсов в призабойную зону скважин [Текст] / С. И. Пыхов, С. А. Гуськов, Д. С. Пыхов, А. А. Ямалетдинова // Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области

микро- и нанотехнологий: тез. докл. Всеросс. конф. с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2010.-С. 66-71.

11. Хакимов, Р. М. Мультикапиллярная модель пласта для исследования структуры нефтеносных горных пород [Текст] / Р. М. Хакимов, А. А. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов, М. Р. Гимаев, А. Ш. Халадов, В. В. Саляхов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 25 мая 2011 г. - Уфа, 2011. - С. 75-77.

12. Yamaletdinova, A. A. Simulation of natural hydrocarbon phase transformations in APG re-injected field conditions [Текст] / A. A. Yamaletdinova, D. S. Pyhov, S. S. Ghots // Тр. научн.-практ. конф. в рамках 8-ого Междунар. молодежного нефтегазового форума. - Алматы: КазНТУ, 2011. - С. 77-78.

13. Мухаметзянова, А. Ф. К вопросу о волновых методах воздействия на нефтяные залежи [Текст] / А. Ф. Мухаметзянова, Д. Ю. Кузнецов, И. И. Мифтахов, А. А. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер. Междунар. научн.-практ. конф. 25 мая 2011 г. — Уфа,2011.-С. 59-60.

14. Мухаметзянова, А. Ф. Волновые методы воздействия на нефтяные залежи [Текст] / А. Ф. Мухаметзянова, Д. Ю. Кузнецов, А. М. Бондарук, Д. С. Пыхов // Энергоэффективность. Проблемы и решения: матер. XI Всеросс. научн.-практ. конф. 19 октября 2011 г. - Уфа, 2011. - С. 101-104.

15. Пыхов, Д. С. К вопросу об использовании экологически безопасных гидроимпульсных и виброволновых методов воздействия на нефтяные залежи для увеличения нефтеотдачи пластов [Текст] / Д. С. Пыхов, Р. М. Хакимов, Д. Ю. Кузнецов, А. А. Нурутдинов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, научн.-практ. конф. 23 мая 2012 г. - Уфа, 2012. - С. 56-59.

16. Гуськов, С. А. Прогнозирование безопасности применения длинномерных труб в бунтах для разрушения эмульсии в пластовых условиях [Текст] / С. А. Гуськов, Д. С. Пыхов, К. Ш. Ямалетдинова // Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежной конф. 02-08 сентября 2012 г. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 77-78.

17. Гуськов, С. А. Влияние качества поперечного сварного соединения на безопасность работ с использованием длинномерных труб в бунтах [Текст] / С. А. Гуськов, С. И. Пыхов, Д. С. Пыхов, К. Ш. Ямалетдинова //

Экологические проблемы нефтедобычи: тез. докл. Междунар. молодежной конф. 02-08 сентября 2012 г. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 78-79.

18. Пыхов, Д. С. Исследование влияния электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяной эмульсии [Текст] / Д. С. Пыхов // Энергоэффективность. Проблемы и решения: матер. XII Всеросс. научн.-практ. конф. 17 октября 2012 г. - Уфа, 2012. - С. 58-59.

19. Пыхов, С. И. Безопасная доставка реагентов в призабойную зону скважин [Текст] / С. И. Пыхов, С. А. Гуськов, К. Ш. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов и др. // Тез. докл. студенческой научн.-практ. конф. по физике 11 мая 2012 г.-Уфа: РИЦ БашГУ, 2012.-С. 66-71.

20. Гуськов, С. А. Обеспечение безопасности доставки реагентов и энергетических импульсов в призабойную зону пласта [Текст] / С. А. Гуськов, К. Ш. Ямалетдинова, 3. А. Янгуразова, А. М. Бондарук, Г. Ф. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике: сб. матер. 8-ой Всеросс. научн.-метод. конф. (с международным участием) 19-20 апреля 2012 г. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. -С. 159-163.

21. Пыхов, Д. С. Новая методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяной эмульсии [Текст] / Д. С. Пыхов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, научн.-практ. конф. 22 мая 2013 г. — Уфа, 2013. - С. 165-166.

22. Ямалетдинова, А. А. Эффективность воздействия электромагнитного излучения в видимой части оптического диапазона длин волн на водонефтяную эмульсию [Текст] / А. А. Ямалетдинова, Д. С. Пыхов, А. Г. Гумеров, С. С. Гоц, К. Ш. Ямалетдинова // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, научн.-практ. конф. 22 мая 2013 г. - Уфа, 2013. -С. 170-172.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 03.07.2013 г. Формат 60 х 90 1/16. Усл. печ. 0,98 л. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 162. Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Пыхов, Данила Сергеевич, Уфа

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТРАНСПОРТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ»

(ГУП «ИПТЭР»)

УДК 622.276

На правах рукописи

04201362991

ПЫХОВ ДАНИЛА СЕРГЕЕВИЧ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, доцент Ямалетдинова Клара Шаиховна

Уфа 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 4

1. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ И НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕТОДОВ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ

В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ И В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА........................................................................... 9

1.1. Характеристика водонефтяных эмульсий и причины их образования

в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта.......................... 9

1.2. Анализ методов разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых

условиях и в призабойной зоне пласта.......................................... 20

Выводы по главе 1.................................................................. 32

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

НА ДИСПЕРСНОСТЬ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПЛАСТОВЫХ СЛОВИЯХ................. 34

2.1. Образцы и подготовка их к испытаниям.................................... 34

2.2. Испытательное оборудование................................................ 35

2.3. Процедура определения характеристик водонефтяной эмульсии..... 38

2.4. Обработка результатов......................................................... 38

Выводы по главе 2.................................................................. 56

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ........ 57

3.1. Анализ эффективности разрушения водонефтяной эмульсии путем воздействия различными источниками электромагнитного излучения.... 57

3.2. Оценка эффективности разрушения водонефтяной эмульсии воздействием источниками электромагнитного излучения

с использованием программы ЗВ_1гг^е.......................................... 75

3.3. Исследование эффективности влияния параметров электромагнитного излучения на характеристики водонефтяной

эмульсии............................................................................... 87

Выводы по главе 3.................................................................. 99

4. РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОГОГО ВОЛНОВОГО МЕТОДА РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ И В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА........................................................................... 101

4.1. Сравнительный анализ характеристик исследованных источников электромагнитного излучения.................................................... 101

4.2. Метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, предусматривающий колтюбинговые технологии для доставки энергии электромагнитного излучения

к месту разрушения водонефтяной эмульсии.................................. 110

4.3. Влияние электромагнитного воздействия на водонефтяную эмульсию в призабойной зоне пласта на продуктивность скважины

и на скорость фильтрации........................................................... 120

Выводы по главе 4................................................................... 123

Основные выводы и рекомендации................................................ 125

Библиографический список использованной литературы..................... 126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Известны методы химического, электрического, теплового, механического и волнового воздействий на водонефтяные эмульсии с целью их разрушения. Предпочтение отдают современным технологиям, которые являются более «мягкими» к окружающей среде [3-6], например гидроимпульсным, виброволновым методам воздействия, методу воздействия высокочастотным электрическим полем и др. Применение таких методов, в частности, снижает количество реагентов, добавляемых в вытесняющий агент. В то же время недостаточно исследованы диапазоны частот электромагнитного излучения (ЭМИ), влияющих на деструктивные процессы в водонефтяной эмульсии.

Основные задачи работы:

Методы решения поставленных задач

Научная новизна результатов работы

3. Установлены наиболее энергоэффективные диапазоны частот (от 4,0-1014 до 7,5-1014 Гц) электромагнитного излучения для разрушения водонефтяной эмульсии.

На защиту выносятся:

Практическая ценность и реализация результатов работы

Апробация результатов работы

Всероссийских научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках Российских энергетических форумов, Международных специализированных выставок «Энергетика Урала», Международных специализированных выставок «Энергосбережение» (Уфа,

1. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ И НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕТОДОВ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОЙ ЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ И В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА

1.1. Характеристика водонефтяных эмульсий и причины

их образования в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта

Эмульсией называют дисперсные системы двух жидкостей, малорастворимых или не растворимых друг в друге. Одна из этих жидкостей диспергирована в другой в виде глобул - мелких капелек. Диспергированная жидкость здесь внутренняя, или дисперсная, фаза. Внешняя, сплошная жидкость - дисперсионная среда, в которой находится диспергированная жидкость [7-9].

По свойствам эмульсии напоминают коллоидные растворы, однако они отличаются величиной диспергированных в системе частиц. Частицы эмульсий можно видеть в микроскоп, это позволяет отнести их к микрогетерогенным системам. Частицы коллоидных растворов не увидеть в микроскоп, что дает возможность отнести их к ультрамикрогетерогенным системам.

Поверхность дисперсной фазы увеличивается в процессе образования эмульсии, следовательно, в процессе эмульгирования затрачивается работа. Эта работа концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии. Сферическая форма глобул обусловлена тем, что такая форма характеризуется наименьшей поверхностью и наименьшей свободной энергией для конкретного объема.

Слиянию капель дисперсной фазы способствует свободная энергия, а стабилизаторы эмульсии в устойчивых эмульсиях препятствуют этому слиянию. Когда в эмульсиях чистых, несмешивающихся жидкостей нет эмульгаторов, капли быстро сливаются, и эмульсия разрушается.

По величине удельной свободной межфазной энергии, которую измеряют поверхностным натяжением а, все двухфазные дисперсные системы делятся на лиофобные и лиофильные. Лиофобные эмульсии термодинамически неустойчивы, с высоким межфазным натяжением а, с некоторым временем существования. Они могут длительно существовать только в присутствии эмульгаторов. Лиофильные эмульсии, образующиеся самопроизвольно при температурах, близких к критической температуре смешения жидких фаз, термодинамически устойчивые обратимые системы, у которых значение межфазной поверхностной энергии меньше, чем граничное значение от. Лиофильные эмульсии - высокодисперсные (коллоидные) системы, размер их капель не превышает 10"5 см. Лиофобные эмульсии -грубодисперсные системы (размер капель обычно лежит в пределах 10"5...Ю"2 см). При достаточно большой разнице в плотностях дисперсной фазы и дисперсионной среды они седиментационно (кинетически) неустойчивы [10 - 13].

Предельным случаем лиофильных систем является безграничная взаимная растворимость, когда а = 0. В этом случае образуется однофазная система - истинный раствор, обычный для данной среды [9].

Механизм образования эмульсий описывают много различных гипотез, которые не всегда подтверждаются опытными данными.

В известных работах академика П.А. Ребиндера [14, 15] и его учеников механизм образования эмульсии представлен в следующем виде.

Растягивание капли жидкости в цилиндр является первой стадией диспергирования. На преодоление молекулярных сил поверхностного натяжения затрачивается энергия, одновременно увеличивается поверхность дисперсной фазы.

Вытянутая капля неустойчива. Она распадается на мелкие частицы сферической формы. Распад вытянутой капли - вторая стадия процесса, которая сопровождается уменьшением поверхности и свободной поверхностной энергии.

Третья стадия характеризуется одновременно протекающими процессами коалесценции при столкновении капель и диспергирования образовавшихся капель. С уменьшением размеров капель труднее происходит их вытягивание. Чем меньше капли, тем они сильнее сопротивляются изменению формы, что обусловлено возрастанием капиллярного давления.

В соответствии с принятой классификацией гетерогенных дисперсных систем нефтяные эмульсии подразделяются на три основные группы (типы):

I группа - обратные эмульсии (В/М) - вода в нефти. Это основная группа эмульсионных систем, с которой приходится сталкиваться в нефтепромысловой практике. Содержание дисперсной фазы (воды) в дисперсионной среде (нефти) может колебаться от следов до 80...85 %. Эта группа нефтяных эмульсий охватывает диапазон разбавленных и высококонцентрированных систем, где в большей степени проявляются различия в факторах их стабилизации.

Свойства нефтяных эмульсий этой группы во многом влияют на технологические процессы добычи нефти, внутрипромысловый сбор, сепарацию (отделение газа) и технологию деэмульсации нефти.

II группа - прямые эмульсии (М/В) - нефть в воде. Эти эмульсии образуются в основном в процессе разрушения обратных эмульсий, т.е. при деэмульсации нефти. Нефтяные эмульсии прямого типа по сравнению с эмульсиями В/М большей частью малоконцентрированные (разбавленные) системы.

Свойства этой группы эмульсий учитывают при разработке техники и технологии очистки и подготовки нефтепромысловых сточных вод.

III г�

Информация о работе

Пыхов, Данила Сергеевич
кандидата технических наук
Уфа, 2013
ВАК 25.00.17

Диссертация

Исследование и разработка волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Исследование и разработка волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы