Применение фильтров с фильтрующей рубашкой из токопроводящего материала для увеличения КИН



В настоящее время для увеличения добычи нефти повышают объемы применения различных методов увеличения нефтеотдачи пластов, в основном физико-химические [14]. В воду, закачиваемую в пласт, добавляют различные химические соединения: щелочи, поверхностно-активные вещества, синтетические полимеры, биологические полимеры. На данный момент месторождения имеют определенные сложности при их разработке.

К осложненным физико-геологическим условиям можно отнести: месторождения твердых природных битумов, парафинистой и высоковязкой нефти, изокерита, газогидратов, нефтяных сланцев. На месторождениях с такими данными снижается фильтрация за счет отложения асфальто-смоло-парафинистых отложений в призабойной зоне пласта, малой подвижностью и высокой вязкостью флюида [15].

Традиционные и инновационные методы извлечения углеводородов не позволяют достичь 100 % добычи извлекаемых запасов. Применение данных методов приводит к необратимым последствиям, которое исключает возможность извлечения оставшейся нефти более перспективными методами, которые весьма вероятно появятся в будущем [16]. В связи с поддержанием экологической безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых целесообразно использовать эффективное, неразрушающее воздействие на продуктивные пласты. В настоящее время известен только один комплекс бездефектных методов воздействия на пласт — это воздействие физическими полями. К данному воздействию можно отнести: электромагнитное, плазменно- импульсное, электрогидравлическое и другие.

Наличие полимолекулярных слоев нефти в пределах контакта частиц грунта горной породы создает дополнительное сопротивление перемещению частиц жидкости в горной породе. Установлено, что площадь зоны адсорбированной молекулами нефти зависит как от физико-химических свойств нефти, так и от свойств и условий залегания горной породы. Полимолекулярные слои из адсорбированных молекул, обладая высокой механической прочностью, создают «застойные зоны» в горной породе, тем самым уменьшая эффективное сечение поровых каналов.

Моделирование течения жидкости через фиктивный (корпускулярный) грунт с учетом конкретных условий месторождения показывает, что разрушение зон адсорбированных молекул, позволило бы увеличить сечение поровых каналов на выбранном месторождении на 6 %, что соответственно увеличивает коэффициент извлечения нефти (КИН) и дебит скважины. Одним из эффективных способов разрушения полимолекулярных слоев, принимая во внимание наличие сил межмолекулярного взаимодействия притяжения и отталкивания между молекулами — сил Ван-дер-Ваальса, является воздействие электромагнитного поля на адсорбированные молекулы, более подробно [6].

Изменение направления поля вызывает изменение положения диполя (молекулы), в результате меняется ориентационное взаимодействие между диполями (молекулами), исключаются «зоны застоя» при перемещении частиц жидкости в поровом пространстве горной породы.

При использовании направленных электромагнитных излучателей, установленных вдоль горизонтальных участков скважины на таком расстоянии, при котором не происходит наложение зон воздействия соседних излучателей достигается повышение коэффициента извлечения нефти. При этом воздействие осуществляют направленно на нефтеносную породу вокруг скважины последовательно от ближайшего к эксплуатационной колонне электромагнитного излучателя к периферийному с периодичностью определяемого из следующего уравнения:

t’₀=2t₀+Δt-t₁(1)

где t’₀ — время включения следующего электромагнитного излучателя, t₀ — время включения предыдущего электромагнитного излучателя, Δt — продолжительность включения, t₁ — время начала увеличения интенсивности притока нефти в зоне предыдущего электромагнитного излучателя.

Технический результат заключается в повышении эффективности добычи нефти.

Направленное последовательное воздействие переменного электромагнитного поля разной частоты и продолжительности на нефтеносную горную породу приводят к разрушению полимолекулярных слоев, за счет устранения сил межмолекулярного взаимодействия — сил Ван-дер-Ваальса.

Интенсивность воздействия линейно возрастает при увеличении срока эксплуатации скважины, снижении проницаемости нефтеносного пласта и эмпирически зависит от его вида и глубины залегания. Изменение направления поля вызывает изменение положения диполей (молекул), в результате меняется ориентационное взаимодействие между диполями (молекулами), исключаются «зоны застоя» при перемещении частиц жидкости в поровом пространстве горной породы. Это приводит к повышению коэффициента извлечения нефти.

Рис. 1. Скважинный фильтр: 1 – поверхности земли, 2 – нефтеносный пласт, 3 – нефтедобывающая скважина, 4 – эксплуатационная колонна, 5 – горизонтальных участков, 6 – самонабухающих пакеров, 7 – электромагнитные излучатели, 8 – кабель, 9 – источник переменного напряжения, 10 – блок управления

На рисунке 1 показан вариант схемы его реализации. На рисунке 2 представлен пример циклограммы включения двух последовательно расположенных электромагнитных излучателей и график изменения интенсивности притока нефти в зависимости от этого.

Рис. 2. Циклограмма циклограммы включения двух последовательно расположенных электромагнитных излучателей

На стенках мелких пор в нефтеносном пласте адсорбированные молекулы нефти образуют полимолекулярные слои толщиной 40–50 линейных размеров полярных молекул нефти, которые обеспечивают «захлопывание» пор и препятствуют свободному движению нефтяного флюида. Тем самым снижается эффективное сечение каналов, по которым нефтеносный флюид попадает в нефтяную скважину.

На участках в узких порах полярные адсорбированные молекулы обладают упругой формой и создают противодавление, соизмеримое с весом земной породы на данной глубине залегания. Это создает затруднение для течения жидкого флюида.

Для разрушения этих полярных «мостиков» достаточно приложить электромагнитное воздействие низкой частоты, обеспечивающее дезориентацию данных «мостиков» и образование каналов, по которым может передвигаться флюид под действием сил диффузии и теплового движения молекул. Период сегрегации «мостиков» поляризованных молекул зависит свойств нефтеносного пласта, его температуры и от напряженности и частоты электромагнитных колебаний, создаваемых генератором низкой частоты.

С заданной периодичностью, определяемой блоком управления в зависимости от свойств нефтеносного пласта и глубины его залегания электромагнитные излучатели поочередно последовательно начиная с излучателя, расположенного наиболее близко к эксплуатационной колонне, подключаются к источнику переменного напряжения.

При этом в зоне вокруг излучателя (рисунок 1 — отмечена штриховкой) в нефтеносной горной породе создается электромагнитное поле различной частоты (частота и интенсивность, а также периодичность воздействия определяется блоком управления на основе данных о физико-химических свойствах нефти в нефтеносном пласте и свойств горной породы, а также глубины ее залегания).

В ходе натурных испытаний был получен диапазон оптимальных частот от 2 Гц до 2 кГц. Причем электромагнитные излучатели включаются последовательно, а продолжительность их включения Δt на данном горизонтальном участке рассчитана таким образом, что ее достаточно для разрушения полимолекулярных слоев, образованных из молекул с учетом времени регенерации. Период электромагнитного воздействия равен периоду активного действия (максимального стока), и каждый следующий излучатель включается с задержкой, равной времени регенерации.

Пример циклограммы последовательного включения электромагнитных излучателей и соответствующий график изменения интенсивности притока нефти (рисунок 2) показывает, что, если при одинаковой продолжительности включения Δt всех излучателей, расположенных в одинаковых условиях (один режим работы) и моменте включения предыдущего электромагнитного излучателя t₀, следующий электромагнитный излучатель включается в момент времени:

t’₀=t₂+t₀-t₁=2t₀+Δt-t₁,(2)

где t₀ — время включения предыдущего электромагнитного излучателя, t₁ — время начала увеличения интенсивности притока нефти в зоне предыдущего излучателя (может меняться относительно t₀ в зависимости от параметров месторождения и глубины его залегания), t₂ — время выключения предыдущего электромагнитного излучателя, Δt — продолжительность включения.

Момент срабатывания последующего излучателя t’₀ подбирается таким образом, чтобы эффект снижения интенсивности притока нефти в зоне предыдущего излучателя компенсировался увеличением интенсивности притока нефти в зоне последующего излучателя.

Для горизонтальных или вертикальных участков, расположенных на разной глубине, интенсивность воздействия линейно возрастает при увеличении срока эксплуатации скважины, снижении проницаемости нефтеносного пласта и эмпирически зависит от его вида и глубины залегания. Также может различаться периодичность и продолжительность электромагнитного воздействия. Это позволяет оказывать различное воздействие на различные участки. Изменение направления поля вызывает изменение ориентационного взаимодействия между диполями (молекулами), разрушаются межмолекулярные связи при перемещении частиц жидкости в поровом пространстве горной породы. Это приводит к увеличению интенсивности притока нефти к скважине, а значит повышению коэффициента извлечения нефти.

Таким образом, способ повышения коэффициента извлечения нефти, заключающийся в создании направленного воздействия на нефтеносную горную породу с помощью электромагнитных излучателей, установленных внутри нефтедобывающей скважины, что позволяет повысить коэффициент извлечения нефти. При этом отсутствует необходимость бурить дополнительную скважину в непосредственной близости от существующей. Так как электромагнитное воздействие осуществляется не постоянно, а с определенной периодичностью и одновременно задействованы не все электромагнитные излучатели, то затраты электроэнергии минимальны. Все это приводит к значительному повышению эффективности добычи нефти.

Литература:

1. Обзор «Нефтяная и нефтеперерабатывающая промышленность России 2012-2012 гг. Инвестиционные проекты и описания компаний. ИА «INFOLine», 720 с, 2012 г.
2. Нефтяная промышленность России: Состояние и проблемы, Рыженко В. Ю. Перспективы науки и образования № 1(7), 2014.
3. В. М. Максимов «О современном состоянии нефтедобычи, коэффициенте извлечения нефти и методах увеличения нефтеотдачи / Бурение и нефть, № 2, 2011г.
4. Бердин Т. Г. Проектирование разработки нефтегазовых месторождений системами горизонтальных скважин. — М.: 000 «Недра-Бизнесцентр», 2001. — 199 с.: ил.
5. Барышников А. А. Исследование и разработка технологии увеличения нефтеотдачи за счет вытеснения с применением электромагнитного поля / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
6. В. А. Шмелев, Ю. П. Сердобинцев, П. Н. Антошкин, А. И. Сухарьков Интенсификация притока нефти при разработке месторождений горизонтальными скважинами Деловой журнал Neftegas.RU. — 2015. — № 6 — С. 20–23.
7. А. С. Ахматов Молекулярная физика граничного трения, М., Физматгиз, 1963 г., 472 стр., с илл.
8. Фукс Г. И. Трение и износ, 1983, Т. 4, № 3, С. 398–414.
9. Л. С. Лейбензон Движение природных жидкостей и газов в пористой среде, ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва 1947, Ленинград.
10. Богомолов А.И и др Химия нефти и газа / Под. Ред. В. А. Проскурякова. — Л.: Химия, 1989. — 424 с.
11. И. В. Крагельский, Н. М. Добычин, В. С. Комбалов Основы расчетов на трение и износ. М., 1977.
12. Желтов Ю. П. Механика нефтегазоносного пласта. М., Недра, 1975, 216 с.
13. Папуша А. Н., Гонтарев Д. П. К вопросу расчета напряженно-деформированного состояния горного массива в окрестности сверхглубокой вертикальной скважины // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. — № 5.
14. Сучков Б. М. Добыча нефти из карбонатных коллекторов / Б. М. Сучков // Москва-Ижевск: НИЦ «регулярная и хаотическая динамика», 2005. — С. 123–134.
15. Оськин И. А. О роли асфальтенов в процессе кристаллизации парафина/ И. А. Оськин // Нефтяное хоз-во, 1967. — № 10. — С. 46–47.
16. Ентов В. М. Гидродинамика процессов повышения нефтеотдачи / В. М. Ентов, А. Ф. Зазовский // М.: Недра, 1989, C. 232–235.