Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование методов увеличения нефтеотдачи пластов, систем добычи и сбора трудноизвлекаемых запасов нефти

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование методов увеличения нефтеотдачи пластов, систем добычи и сбора трудноизвлекаемых запасов нефти"

УДК 622.276

□□3464324

На правах рукописи

Милованов Игорь Вячеславович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ, СИСТЕМ ДОБЫЧИ И СБОРА ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫХ ЗАПАСОВ НЕФТИ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа 2009

003464324

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУЛ «ИПТЭР»).

Научный руководитель - кандидат технических наук

Газаров Аленик Григорьевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Мугаллимов Фанзиль Мавлявиевич

- кандидат технических наук Баринов Борис Александрович

Ведущее предприятие - ООО «АНК», г. Уфа

Защита диссертации состоится 27 марта 2009 г. в 11— 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 26 февраля 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета /7

доктор технических наук ~-- Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Структура запасов нефти месторождений России претерпевает неблагоприятные качественные изменения в связи с опережающей выработкой наиболее продуктивных объектов. Быстро снижается доля активных запасов нефти промышленных категорий. По официальным данным Минэнерго РФ, доля трудноизвлекаемых запасов нефти в общем балансе достигает 60 % и быстро возрастает.

К трудноизвлекаемым относятся запасы, которые не могут эффективно эксплуатироваться с применением традиционных методов разработки, а также запасы, приуроченные к низкопроницаемым коллекторам (НПК). Для них верхней границей принята проницаемость 0,05 мкм 2.

Именно поэтому стратегической задачей топливно-энергетического комплекса России в последние годы являются стабилизация и постепенное увеличение объемов добычи нефти как за счет ввода в разработку новых залежей и месторождений, так и за счет повышения эффективности эксплуатации старых нефтяных объектов. Продуктивность новых скважин во многом будет определяться степенью сохранения естественных фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пласта на последовательных стадиях строительства и ввода скважин в работу, эксплуатационный период. Продуктивность старых скважин восстанавливается и может повышаться путем системного применения технологий обработки призабойной зоны (ОПЗ) пластов и других стимулирующих операций и воздействий на призабойную зону пласта (ПЗП) или на пласт в целом. При этом важное значение имеет выбор последовательности применения тех или иных методов воздействия на пласт как по толщине, так и по простиранию, особенно в неоднородных многослойных коллекторах с возможностью водогазового прорыва. Под этим понимается система применения технологий (стратегия) воздействия на пласты, начиная со вскрытия и ввода их в эксплуатацию и заканчивая ремонтными, водоизоляционными работами на поздней

стадии разработки и использованием эффективного оборудования и новейших технических средств. Только такой комплексный подход к сохранению и поддержанию продуктивности нефтяного пласта на всех этапах строительства и эксплуатации скважин может дать стратегический долговременный эффект. Поэтому тема диссертационного исследования является важной и актуальной как в научном, так и практическом аспектах разработки нефтяных месторождений, освоения и эксплуатации скважин.

Принятый методологический подход обусловливает широкоплановость объектов исследований - причины и источники снижения продуктивности по нефти на всех стадиях эксплуатации скважин и эффективные технологические приёмы по их устранению и профилактике их проявления, а также предмета исследований - закономерности и связи в объектах исследований, оптимальные методики, параметры разрабатываемых технологических процессов и конструкции создаваемых устройств.

Цель диссертационной работы - совершенствование комплекса технологий и технических средств для интенсификации притока трудноизвлекае-мых запасов нефти.

Основные задачи работы:

1. Анализ и обобщение современного состояния технологий стимуляции притока, анализ процессов и явлений в призабойной зоне пласта, приводящих к снижению продуктивности скважин, и обоснование возможности комплексного решения проблемы сохранения ФЕС ПЗП по всей технологической цепи нефтедобычи, сбора и транспорта нефти из сложнопостроенных пластов для терригенных и карбонатных коллекторов;

2. Разработка блока дозирования реагентов для интенсификации существующих методов увеличения притока из добывающих скважин;

3. Разработка технических средств для комплексного [гидродинамического, электрохимического (ЭХВ) и ионно-плазменного (ИПВ)] воздействия на ПЗП с возможностью выноса кольматанта и водоизоляционных составов через затрубное пространство скважин;

4. Разработка комплекса технических средств для снижения влияния обводненности и кислотных сред на состояние промыслового оборудования.

Методы решения поставленных задач основаны на анализе и обобщении опыта проведения скважинных промысловых работ, результатов теоретических, лабораторных и промысловых исследований.

Научная новизна

1. Разработана научно-методологическая основа комплексной технологии и технических средств для обработки призабойных зон, ремонтно-изоляционных работ и выравнивания профилей приемистости.

2. Научно обоснован комплекс технологических процессов ОПЗ, стимуляции притока нефти из скважин и водоизоляционных работ, позволяющих поддерживать и регулировать отбор нефти на высоких уровнях низкопроницаемых коллекторов.

3. Изучено влияние технологий повышения объемов добычи трудноиз-влекаемых запасов нефти на надёжность промыслового оборудования.

4. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден многофакторный механизм очистки пористой среды ПЗП от всех видов твердых, жидких и вязкопластичных загрязнений при взаимоналожении ионно-плазменного, физико-химического и гидродинамического воздействий.

Основные защищаемые положения

1. Методические подходы к комплексному применению усовершенствованных технологических процессов по освоению скважин и повышению эффективности обработок их призабойных зон.

2. Методические подходы к оптимизации применения технологических жидкостей с заданными физико-химическими и технологическими свойствами, а также приемы и механизм регулирования параметров применяемой технологии.

3. Комплекс усовершенствованных технологий и устройств, обеспечивающих сохранение, восстановление и улучшение коллекторских и фильтра-ционно-емкостных свойств и параметров продуктивных пластов в процессе эксплуатации и рсмонтно-изоляционных работ.

4. Оптимальные приёмы предотвращения коррозионного износа промыслового оборудования и систем сбора электрохимическим и ударно-волновым воздействиями в условиях повышенной обводнённости реальных слоисто-неоднородных пластов - коллекторов.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Разработанные технические решения позволили существенно повысить технико-экономические показатели процесса (прирост дебита нефти, успешность работ, снижение затрат).

Устройство для термогидродинамического воздействия на призабойную зону пласта в процессе подземных ремонтных работ внедрено в практику нефтедобычи как элемент комплекса для выполнения экологически чистых ремонтных работ. Промышленный выпуск скважинного комплекса освоен в 2005 г. в ОАО «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь». Чертежи на конструкцию устройства по запросам разосланы пяти нефтедобывающим предприятиям Российской Федерации и Казахстана.

Разработанные под руководством и при непосредственном участии автора технические и технологические решения внедрены на более чем 30 скважинах с суммарным экономическим эффектом более 540 тыс. руб. (в ценах 2006 г.)

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на:

- научно-практической конференции «Нефтегазовый сервис - ключ к рациональному использованию энергоресурсов» 14-15 ноября 2007 г., г. Уфа;

- научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» 21 мая 2008 г., г. Уфа;

- научно-технических совещаниях в ТПП «Лангепаснефтегаз», «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» и ООО «КогалымНИПИнефть» в 2006-2007 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 статей, получены 3 патента и одно положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и библиографического списка использованной литературы, включающего 104 наименования. Работа содержит 110 страниц машинописного текста, 17 рисунков, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и важность проблемы сохранения фильтрационно-ёмкостных свойств призабойной зоны пласта и поддержания на высоком уровне продуктивности скважин в эксплуатационный период, а также сформулированы цель и основные задачи работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность.

Отмечено, что данная проблема в нефтяной отрасли является одной из приоритетных, в конечном итоге предопределяющей плановую добычу нефти и конечную нефтеотдачу пластов. Большой вклад в решение теоретических и практических аспектов энерго- и массообменных термодинамических процессов в ПЗП, в развитие методов интенсификации добычи нефти внесли крупные ученые и известные исследователи: Андреев В.Е., Желтов Ю.П., Гиматуди-новШ.К., Мирзаджанзаде А.Х., Девликамов В.В., Кузнецов О.Л., Сургу-чев М.Л., Рябоконь С.А., Кошелев А.Т., Хайрединов Н.Ш., Амиян В.А., Ибрагимов Г.З., Горбунов А.Т., Галлямов М.Н., Гумеров А.Г., Симкин Э.М., Мищенко И.Т., Уметбаев В.Г., Каримов М.Ф., Рахимкулов Р.Ш., Орлов Л.И., Хи-самутдинов Н.И., Гайворонский И.Н., Головко С.Н., Шамрай Ю.В., Гусев В.И., Глущенко В.Н., Томас Д., Кларк Д.Д., Кларк Н.Д., Абраме А., Уильям Е., Мас-кет М., Холл Б.Е., Каземи Н. и др.

В первой главе рассмотрены особенности поздней стадии разработки месторождений. В этих условиях основным резервом нефтедобычи являются труд-ноизвлекаемые запасы. Вполне очевидно, что в перспективе количество остаточной нефти в заводненных пластах будет постоянно возрастать. При применении традиционных методов заводнения последние вырабатываются низкими темпами с невысокой (обычно не выше 20...30 %) конечной нефтеотдачей.

Отмечено, что во всем мире с каждым годом возрастает интерес к методам повышения нефтеотдачи пластов (ПНП), и проводятся исследования, направленные на поиск научно обоснованного подхода к выбору наиболее эффективных технологий разработки месторождений. Большинство месторождений Российской Федерации разрабатывалось с применением заводнения. Впервые в промышленном масштабе заводнение было проведено на Туймазинском месторождении. В настоящее время из заводняемых пластов в стране добывается около 90 % нефти. Внедрение этой приоритетной технологии явилось базовой стратегией разработки месторождений, толчком, позволившим поднять коэффициент извлечения нефти (КИН) до 35...55 % по сравнению с добычей нефти за счет использования ресурсов всех естественных видов пластовой энергии, когда добывалось не более 15...30 % извлекаемых запасов нефти.

В свою очередь, современные методы заводнения, основанные на гидродинамическом воздействии на пласт, хотя и способствуют увеличению охвата воздействием не вовлеченных в разработку участков, но при обводненности более 80 % эффективность их резко снижается. Уплотнение сетки скважин при обводненности свыше 90 % также не обеспечивает повышения коэффициента извлечения нефти. С начала семидесятых годов создается целый ряд физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов, основой которых является заводнение, так как вода - основной компонент, к которому добавляются химические реагенты: водорастворимые полимеры, ПАВ, кислоты, щелочи, соли и композиции реагентов. Анализ отечественного и зарубежного опыта эксплуатации нефтяных месторождений свидетельствует о том, что применение физико-химических методов увеличения нефтеотдачи (МУН) позволяет изменять направление фильтрационных потоков, повышать охват пластов заводнением и коэффициент вытеснения и, как следствие, увеличивать объемы добычи нефти при значительном снижении обводненности. В нефтепромысловой практике к настоящему времени внедрено около 100 физико-химических МУН и их модификаций. С применением этих технологий в последние годы выполнено более 30 тыс. обработок нагнетательных скважин, которые обеспе-

чили дополнительную добычу нефти около 40 млн т, средняя удельная технологическая эффективность которых превысила 1,3 тыс. т нефти.

Впервые в нефтяной практике возможность решения проблемы повышения нефтеотдачи заводненных пластов в промышленном масштабе была подтверждена созданием в пластовых условиях полимердисперсных систем (ПДС).

Сущность воздействия ПДС заключается в повышении фильтрационного сопротивления высокообводненных промытых интервалов послойно-неоднородного пласта путем последовательного нагнетания в пласт слабоконцентрированного полимерного раствора и глинистой суспензии с последующим образованием в пористой среде устойчивого к размыву осадка.

На протяжении почти двух десятков лет технологии повышения нефтеотдачи на основе ПДС занимают лидирующее положение в рейтинге технологий, применяемых на нефтяных месторождениях. Они признаны супертехнологиями в области повышения нефтеотдачи пластов. Удельная технологическая эффективность технологий на основе ПДС составляет 3057 тонн на одну обработку, а ПДС, модифицированная солями многовалентных металлов, повышает эффективность базовой технологии более чем в два раза. В настоящее время этот принцип воздействия на пласты широко используется в различных нефтяных регионах. Это коллоидно-дисперсные и волокнисто-дисперсные системы, биополимеры, щелочно-полимерное заводнение, силикатно-щелочное заводнение, композиции на основе кремневой кислоты, жидкое стекло в сочетании с другими реагентами и дисперсными частицами горных пород и др.

Способ является достаточно простым, можно ограничиться использованием обычного насосного оборудования, применяемого при капитальном ремонте скважин, но не всегда осуществим в случае сложных композиций закачиваемых систем.

Практика эксплуатации нефтяных месторождений с применением заводнения сопряжена с отбором значительных объемов попутно извлекаемой воды, особенно на поздней стадии разработки. Извлечение огромных объемов воды требует соответствующих эксплуатационных затрат, вследствие чего эксплуа-

тация многих добывающих скважин и целых участков месторождений становится экономически малоэффективной или убыточной.

Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является ограничение движения вод по обводнённым зонам нефтеводонасыщенного коллектора своевременной и качественной изоляцией высокообводнённых обособленных нефтяных слоев, применением потокоотклоняющих МУН на основе геле - и осадкообразующих систем. Ранее применявшиеся методические положения применительно к методам увеличения нефтеотдачи пластов односторонне учитывали технологический эффект только в виде добычи нефти за счет МУН, хотя в результате внедрения ресурсосберегающих технологий, основанных на повышении фильтрационного сопротивления промытых высокопроницаемых зон пласта, снижаются обводненность добываемой продукции и объем попутно добываемой воды.

Использование агрессивных реагентов (кислот) и постоянно растущая минерализация пластовых вод приводят к катастрофическому коррозионному износу промыслового оборудования и, в свою очередь, способствуют солеотложе-нию в промысловых трубопроводах, снижая их межремонтный период (МРП).

Во второй главе показано, что при планировании и осуществлении рациональной разработки месторождений с целью наиболее полного извлечения нефти из недр необходимо основываться на всестороннем изучении продуктивного пласта, в том числе характера его поведения. Для этого необходим комплексный подход к геолого-геофизическим и петрофизическим исследованиям, благодаря которым формируется база для создания геологических и фильтрационных (гидродинамических) моделей резервуаров нефти и газа.

При разработке залежей наблюдаются значительные осложнения, приводящие к снижению добычи нефти, причем как на ранней стадии, так и поздних. Так, с течением времени растет промысловый газовый фактор, что свидетельствует о разгазировании и дегазации пластовой нефти. С влиянием этого же фактора связано отложение асфальтосмолопарафинистых веществ (АСПВ) на поверхностях насосно-компрессорных труб (НКТ), рабочих органов глубинно-

го насосного оборудования (ГНО), а также в порах пласта в ближайшей окрестности скважин. Отмечается крайне невысокая эффективность разработки залежей методом заводнения. Прослеживается тенденция снижения эффективности разработки заводнением залежей с высоким газосодержанием пластовой нефти. Для повышения нефтеотдачи пластов химическим методом с применением сшитых полимерных систем, полимерно-наполненных систем, гелеобразую-щих составов на основе жидкого стекла, полиакриламида и кислот путём обеспечения эффективного перемешивания, приготовления требуемых рецептур смесей, дозирования и увеличения охвата пласта заводнением за счет изменения направления фильтрационных потоков разработана установка приготовления и дозирования реагентов (положительное решение по заявке № 2008134037) (рисунок 1). Кроме того, эта установка может быть применена во всех случаях, когда необходимо приготовление различных составов на основе сыпучих и жидких сред с последующей их доставкой в необходимую точку технологической цепи. На рисунке 2 представлен фрагмент этой установка

-еЛз------

НД1.0Р 400/16 К14В Бункер ГП ....... .

_3аспдн*ашиберная ИД !0Р 250/16 К14В. ! Г" ; .

¡тсеог^РтЩ \ \ МП4-УУ2 Т ,15с5<6'2 ! ГС;^,

4- \ \ .......... \ :Ду25. Ру160 Д

-■■•-.—-,- ......• • -ч ........--------

Ш не новый дозатор

/

1: А -

Р " ¿С

Г'

7.................

/ £ МП4-УУ2 ' V \ 11 Б27п1

к Бункер ПАА

, Счетчи*-расходомер 1РМ-5-Т_

Ёмк. у=2С0п._ддя хин. реагента.. 1Д1,0Р 2500/10 К14В

Шнековый дозатор

''ЙЯ^Ш] 1

>' Эжектор

/

' ,'Диспергатор / А а

/Агрегат электронасосны й

С четч и к-р арсодо мер

Перемешиватель бурового^ растбора_ПБРТ55:1500-21

ПР63/22.5-СП-11

Рисунок 1 - Технологическая схема установки приготовления и дозирования реагентов

Рисунок 2 - Внешний вид установки приготовления и дозирования реагентов

Проведены испытания и внедрена технология изоляции водопритоков в добывающих скважинах с использованием кремнийорганических реагентов (КОР): продукта 119-204, АКОР различных модификаций, составов ВТС. Изоляция водопритока данными реагентами, имеющими низкую вязкость и отвер-ждающимися водой, основана преимущественно не на восстановлении крепи скважин, а на тампонаже самого водоносного коллектора. В связи с этим эффективность их применения для изоляции отдельных водоносных пропластков, а также подстилающих вод, значительно выше в сравнении с традиционными методами цементирования.

Развитие представлений о характере и путях обводнения скважин обусловило разработку методов ограничения притока пластовых вод, основанных на избирательном вводе тампонажных материалов в обводненные интервалы пласта даже при неточном определении их местоположения. Технология таких работ базируется на том, что прорыв воды в скважину происходит в первую очередь по высокопроницаемым интервалам и что физические свойства нефти и воды различны.

Результаты ремонтно-изоляционных работ с применением КОР на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь» приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты ремонтно-изоляционных работ с применением

кремнийорганических реагентов

Месторождение № скважины Пласт Доп. добыча нефти, т Сокр. отбора попутн. волы, т Прирост добычи нефти, т/сут Снижение обводненности. % Продолжительность эффекта, суг

Гевлинско-Русскинское 7837 БС 10(2+3) 2638 - 5,6 11.4 470

-II- 7638 БС10(2+3) 2002 6369 5,5 4,9 363

-II- 8009 БС10(2+3) 923 19593 1,8 15,0 505

-II- 7776 БС 10(2+3) 307 2259 7,0 54.4 44

-II- ins БС10(2+3) 73 674 0.8 3,0 91

-II- 7726 БС 10(2+3) - 766 0 - 198

-II- 7833 БС10(2+3) - - 0 - -

-II- 7680 БС10(2+3) - 6524 0 12.2 91

Юж}Ю->]гунское 727 БС11(1+2) 1 20043 10813 29.1 50.5 688

-II- 5112 БС10(2) 11815 17.4 92.8 679

-II- 980 БС10(1+2) 3485 10.2 14,1 342

-II- 5085 БС10-11 2383 6.6 6.6 362

-II- 7019 БС11(1+2) 1662 32620 2,4 28.7 703

-II- 584 БС11(2) 1443 12139 5,2 24,4 278

-II- 1506 БС10()+2) 817 5881 2,4 6.3 336

-II- 1841 БС 11(2) 574 1699 2.1 19.4 271

-II- 636 БС10(1) 244 3227 1,3 7.8 192

-II- 1076 БС11(1+2) 166 - 2,1 - 92

По результатам анализа проведенных исследований можно сделать следующий вывод: с учетом геолого-физических условий залегания пластов водоплавающих залежей наиболее эффективны технологии изоляции и ограничения притока подошвенных вод с использованием большеобъемной закачки лег-кофильтрующихся реагентов и докреплением экрана более прочным тампонирующим материалом. Интерес для практического использования представляют разбавленные растворы сшивающихся полимеров и композиции на их основе, например низко- и высокомолекулярные полиакриламиды, осадко- и гелеобра-зующие вещества на основе силикатов (жидкое стекло) с использованием установок подготовки и дозирования реагентов,

В настоящее время проводятся промысловые исследования по адаптации к условиям месторождений Лангепасского и Покачевского регионов методов изоляции подошвенных вод с использованием жидкого стекла и высокотемпературных гелеобразующих составов на основе полиакриламидов. Подобраны рецептуры составов, имеющих при пластовых температурах 70...90 °С вязкость 3... 10 сПз и время потери текучести 12...24 часа, что даёт возможность закачки в зону изоляции больших объемов реагента без существенного роста давления на устье скважины и будет способствовать повышению охвата водо-

носного пласта тампонажем, что в условиях прорыва нагнетаемых вод по подошвенной зоне должно повысить надежность и эффективность изоляции. Расходы компонентов приведены в таблице 2.

На рисунке 3 представлены графики зависимости расхода реагента от частоты вращения дозатора.

Таблица 2 - Расход компонентов при приготовлении и закачке

гелеобразующего состава на основе реагента «Термогель»

Расход воды, м3/ч Расход реагента, м3/ч Частота вращения дозатора, Гц) Расход компонента, <м3/ч)

5 1,0 16,5 6.0

6 1,2 19,0 7.2

7 1.4 21,2 8.4

8 1,6 23.2 9.6

9 1.8 25,0 10.8

10 2,0 26,7 12.0

II 2,2 28,1 13.2

12 2,4 29,4 14.4

13 2.6 30.6 15.6

14 2.8 31,6 16.8

15 3.0 32,6 18.0

Третья глава посвящена электрохимическому воздействию для расколь-матации призабойной зоны пласта. Известно, что снижение дебита добывающих скважин и приемистости нагнетательных в основном обусловлено ухудшением фильтрационных свойств порового пространства пласта в непосредственной близости от обсадной колонны скважины из-за отложения парафина, смол, солей или твердых частиц. Поэтому восстановление фильтрационных свойств ПЗП остаётся важным условием обеспечения необходимого дебита скважин. Как отмечено выше, поддержание на стабильном уровне фильтрационных свойств зоны перфорации скважины, а также создание условий, уменьшающих химический метод, заключающийся в обработке минерализованных пластовых вод постоянным электрическим током непосредственно в интервале перфорации. Экспериментальными исследованиями показано, что при этом в зависимости от приложенного напряжения возможна реализация двух режимов: электрохимическое воздействие и ионно-плазменное воздействие.

у = -ж 17&3. Ъ

Я"-!

Рисунок 3 - Графики зависимости расхода реагента от частоты вращения дозатора

Проведенные испытания позволили установить величины напряжений, токов, материал электродов для стабильного зажигания плазмы в пластовой воде. В результате ИПВ в воде появляются хлопья темного бурого вещества, выпадающие в осадок (соли железа). Анализ химического состава и свойств воды показал, что пластовая вода без внесения в нее дополнительных химических реагентов в результате ИПВ превращается в активный раствор с преобладающими кислотными свойствами. Так, значения водородного показателя меняются от исходного рН=7,5 до рН=6,4 (время воздействия 55 минут) и рН = 4,5 (171 минута воздействия). В результате подобного воздействия вода изменяет также свою плотность, вязкость, минерализацию, химический состав и другие свойства.

На рисунке 4 приведена схема установки комплексного воздействия на призабойную зону пласта.

Установка позволяет повысить эффективность комплексного (термохимического и виброволнового режимов) воздействия на призабойную зону.

Положительный эффект достигается снижением затрат времени на соз-

1 - корпус перфорированный;

2 - центральный электрод;

3 - верхний изолятор;

4 - нижний изолятор;

5 - узел токоввода;

6 - муфтовое соединение;

7 - седло;

8 - эластичный шар;

9 - корпус (нагнетательная и разрядная камеры);

10 - пята;

11 - пакерное устройство

Рисунок 4 - Схема установки комплексного воздействия на ПЗП

дание условий для обеспечения глубинного проникновения продуктов реакции в призабойную зону пласта.

В четвёртой главе рассматривается степень влияния методов повышения нефтеотдачи пластов на коррозионно-механическую стойкость внутрискважин-ного оборудования и систем сбора, также систематизированы и обобщены результаты многолетних наблюдений за состоянием нефтепромыслового оборудования на месторождениях Нижневартовского и Когалымского регионов.

Анализ этих данных показывает, что основными причинами аварийных отказов оборудования являются локальная (язвенная) коррозия и сероводородное растрескивание (Нижневартовский регион). В то же время наибольшее влияние на снижение надежности оборудования оказывают следующие методы повышения нефтеотдачи пластов:

• гидродинамические и газовые;

• физико-химические и комбинированные.

Причем эта тенденция проявляется на основных видах оборудования: на-сосно-компрессориых трубах, обсадных трубах и промысловых трубопроводах.

Анализ причин отказов оборудования в зависимости от методов повышения нефтеотдачи пластов позволил разработать технологические и технические мероприятия, а также устройства по их предупреждению.

Известно использование штанговых глубинных насосов для откачки из нефтяных скважин жидкости высокой обводнённости, минерализации, вязкости, т.е. в условиях, вызывающих интенсивную коррозию нефтепромыслового оборудования, а также при наличии условий, вызывающих гидрато-, парафино-и солеотложения в подземном нефтепромысловом оборудовании, в том числе и в межтрубном скважинном пространстве.

Для повышения эффективности работы скважинного штангового насоса в осложнённых геолого-технических условиях установка штангового насоса содержит участок колонны НКТ, расположенный в интервале глубин многолетне-мёрзлых пород, который электрически изолируется трубами НКТ, выполненными из диэлектрического материала (стеклопластика), и подключен через геофизиче-

ский кабель к «положительному» полюсу регулируемого источника постоянного тока, «отрицательный» полюс последнего подключен к устьевому оборудованию.

На рисунке 5 показана схема разработанного штангового насоса. Сформированный электрохимический элемент (НКТ-1 - НКТ-2) обеспечивает электролиз воды в колонне НКТ-1. Вследствие вторичных электрохимических реакций идет разложение минерализованной пластовой воды на молекулы водорода Н2 из атомов Н на катоде (НКТ-1) и молекулы Ог из радикалов ОН на аноде (НКТ-2) и создаются условия, препятствующие отложению парафина, гидратов и солей на поверхности колонн. Одновременно в результате образования и всплывания газовых пузырьков улучшаются реологические свойства лифти-руемой жидкости, а также обеспечивается катодная поляризация скважинного оборудования, препятствующая его коррозионному износу.

□ О

I

1 - колонна НКТ;

2 - электрод;

3,4- трубы стеклопластиковые; 5 - источник постоянного тока

г

Рисунок 5 - Схема скважинного штангового насоса

В этой же главе рассмотрены возможности использования электрического поля в установках подготовки нефти. Например, известна сепарационная установка, широко используемая в системах подготовки нефти на месторождени-

ях Башкортостана, Татарстана, содержащая сепаратор в виде наклонной колонны с нефтеподводящим и нефтеотводящим коллекторами, газовый коллектор, Ь-образные нефтеогводящие трубопроводы, один из которых соединен с наклонной колонной и нефтеотводящим коллектором, задвижку и горизонтальную трубную секцию, расположенную в верхней части наклонной колонны, соединенную вторым Ь-образным трубопроводом с нефтеотводящим коллектором.

К недостаткам этой установки следует отнести невысокую эффективность разделения газонефтяной смеси, содержащей водную фазу, на составляющие.

Для повышения эффективности работы сепарационной установки путем интенсификации процесса разделения газоводонефтяной смеси на фазы и повышения качества нефти за счет электробактерицидной обработки водонефтя-ной смеси и создания дополнительных зародышевых образований (№) в структуре подготовки смеси усовершенствованная установка содержит изолированный от корпуса электрод, подключенный к положительному полюсу источника питания, отрицательный полюс которого подключен к наклонной колонне.

На рисунке 6 приведен общий вид сепарационной установки.

1 - газоводонефтяной коллектор; 2 - наклонная колонна; 3 - газоотводящий трубопровод; 4, 5 - Ь-образные нефтеотводящие трубопроводы; 6 - коллектор; 7 - задвижка; 8 - трубная секция; 9 - электрод; 10 - изолятор; 11 - крепежные гайки; 12 - патрубок; 13 - источник питания

Рисунок 6 - Общий вид сепарационной установки

В результате электролиза свободной и эмульгированной в нефти минерализованной воды под действием электрического поля образующиеся на поверхности колонны 2 и электрода 9 заряженные пузырьки газа будут способствовать разрушению водонефтяной эмульсии, интенсифицируя разделение жидкостных фаз в колонне. Одновременно за счет вторичных химических реакций в процессе электролиза воды на поверхности колонны будет образовываться твердая гладкая пленка магнетита Те304, снижающая адгезию и препятствующая доступу воды к поверхности колонны.

Одновременно при выбранной полярности будет обеспечена катодная поляризация внутренней поверхности колонны, препятствующая ее коррозионному разрушению.

В общем объеме добываемых нефтей значительную долю составляют вязкие и застывающие при высоких температурах нефти. Для осуществления трубопроводного транспорта таких нефтей и нефтепродуктов необходимо снизить их вязкость. Повышение производительности трубопровода может быть достигнуто различными способами: перекачкой нефти с разбавителями (маловязкими нефтями, конденсатом, сжиженными газами, водой); перекачкой с добавлением различных присадок; термообработкой высокозастывающих пара-финистых нефтей; барообработкой и механическим разрушением структурной решетки; предварительным нагревом и перекачкой в горячем состоянии; первичной разгонкой (деструкцией), перекачкой компонентов в смеси и др.

Также актуальной проблемой большинства месторождений Западной Сибири является отложение парафинов и солей в центробежных насосах, предназначенных для перекачки воды высокой минерализации в системах поддержания пластового давления (ППД), подачи которых могут составлять 40...12500 м3/ч, напоры 8...130 м, кпд 70...90 %.

С целью повышения эффективности перекачки высокоминерализованных вод при одновременном снижении энергозатрат, сохранения напорных характеристик и исключения использования реагентов с участием автора разра-

ботана схема использования серийного оборудования в условиях вод повышенной минерализации и коррозии (рисунок 7).

Поставленная цель достигается тем, что в известном центробежном насосе, состоящем из входного и напорного патрубков и узла рабочих колёс, дополнительно до входного патрубка и после напорного патрубка используются изолирующие фланцевые соединения, расходуемый патрубок (анод) и источник постоянного стабилизированного тока, обеспечивающие очищающее и антикоррозионное воздействия на внутренние поверхности входного и нагнетательного патрубков, корпуса и рабочих (напорных) колёс вследствие эффектов при электролизе перекачиваемой минерализованной воды. Образующиеся в результате электрохимических реакций газовые пузырьки водорода, формирующиеся на внутренних поверхностях труб и обладающие хорошей проникающей способностью в жидкой среде, создают на загрязнённой (солями, гидратами и продуктами коррозии) поверхности рабочих колёс микровоздействия, нарушают сцепление загрязняющих микрочастиц со стальной поверхностью, обеспечивая разрушение загрязнений, их отрыв от стальной поверхности труб и облегчая их удаление потоком транспортируемой жидкости.

1 - насос центробежный; 2, 3,4 - изолирующие фланцевые соединения; 5 - патрубок; б - источник питания постоянного тока

Рисунок 7 - Схема центробежного насоса для закачки воды в пласт

Очищающий и защитный эффекты проявляются на внутренних поверхностях корпуса и ротора насоса. При правильно подобранном режиме интенсивность воздействия становится достаточной для достижения требуемой чистоты и образования пассивирующей защитной плёнки с малой адгезией, препятствующей контакту с агрессивной средой в процессе эксплуатации, снижающей скорость коррозии и предотвращающей солеотложения в дальнейшем.

Электрохимическое воздействие осуществляют при напряжении постоянного тока 2... 10 В; величине тока 10...25 А; минерализации воды 10...40 г/л.

Основные выводы

1. Предложен комплекс научно-технических и технологических приемов по оптимизации проблемы сохранения ФЕС ПЗП по всей технологической цепи нефтедобычи, сбора и транспорта нефти из сложнопостроенных пластов для терригенных и карбонатных коллекторов.

2. Разработана установка приготовления и дозирования реагентов для интенсификации существующих методов увеличения притока из добывающих скважин.

3. Разработаны технологические схемы использования установки для улучшения профиля приемистости нагнетательных скважин и сохранения структуры коллектора. Разработаны технические средства для комплексного (гидродинамического, электрохимического и ионно-плазменного) воздействия на ПЗП.

4. Разработан комплекс технических средств для снижения влияния обводненности и кислотных сред на состояние промыслового оборудования, систем сбора водонефтяных смесей и промысловых трубопроводов.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

1 Чернов В.Н., Милованов И.В., Карамышев В.Г., Эпнггейн А.Р. Разработка технологии реагентно-ударного воздействия на призабойную зону пласта

добывающих скважин // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - Уфа, 2008. - Вып. 1 (71). - С. 5-10.

2. Милованов И.В., Чернов В.Н., Эпштейн А.Р. Электрохимический метод предотвращения солеотложений для скважин осложнённого фонда // Нефтегазовый сервис - ключ к рациональному использованию энергоресурсов. Матер. научн.-практ. конф. 14-15 ноября 2007 г. - Уфа, 2007. - С. 202-205.

3. Патент на полезную модель № 76970. Эксплуатационная колонна / А.Г. Гумеров, В.Н. Чернов, И.В. Милованов, А.Р. Эпштейн (Россия). -2008104730; Заявлено 07.02.2008; Опубл. 10.10.2008. Бюл. 28.

4. Чернов В.Н., Милованов И.В., Хайбуллин Д.М., Мерзабеков Х.Т. Защитный модуль ЭЦН от коррозии и твёрдых отложений // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер, научн.-практ. конф. 21 мая 2008 г. - Уфа, 2008. -С. 49-50.

5. Чернов В.Н., Милованов И.В., Мерзабеков Х.Т., Эпштейн А.Р., Хайбуллин Д.М. Метод и устройство по обеспечению коррозионной стойкости трубопроводных систем // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер, научн.-практ. конф. 21 мая 2008 г. - Уфа, 2008. - С. 243-246.

6. Патент на полезную модель № 74388, МПК С 23 Г 13/00. Установка штангового насоса /А.Г. Гумеров, А.Р. Эпштейн, В.Н. Чернов, И.В. Милованов (Россия).-2008102096/22; Заявлено 18.01.2008; Опубл. 27.06.2008. Бюл. 18.

7. Патент па полезную модель 74305. Сепарационная установка / А.Г. Гумеров, А.Р. Эпштейн, В.Н. Чернов, И.В. Милованов (Россия). -2008104731/22; Заявлено 07.02.2008; Опубл. 27.06. 2008. Бюл. 18.

8. Милованов И.В., Чернов В.Н., Карамышев В.Г., Эпштейн А.Р. Предотвращение солеотложений в проточной части электроцентробежных насосов // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - Уфа, 2008. - Вып. 2 (72). - С. 11-14.

9. Положительное решение по заявке № 2008134037. Блок дозирования

реагентов / А.Г. Газаров, И.В. Милованов, В.Н. Чернов, В.А. Масёнкин. Заявлено 22.10.2008.

10. Хабибуллин И.Л., Мугатабарова A.A., Милованов И.В. Ионно-плазменное воздействие на пластовую воду как способ интенсификации добычи нефти // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер, научн.-практ. конф. 23 октября 2008 г. - Уфа, 2008. - С. 74-76.

11. Карамышев В.Г., Худяков Д.С., Султанов Р.Г., Чернов В.Н., Милованов И.В. Свабирование многосекционным устройством // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер, научн.-практ. конф. 23 октября 2008 г. -Уфа, 2008. - С. 77-78.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 20.02.2009 г. Бумага писчая. Заказ №. 85. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.