автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация процессов добычи нефти с использованием сонохимической технологии

На правах рукописи

Прокопцев Владимир Олегович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОНОХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

-7 0КТ 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2015

005563036

Работа выполнена на кафедре «Геологии и природопользования» ФГБОУ ВПО Амурский государственный университет (АмГУ) и в лаборатории «Ультразвуковая техника и технологии» ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Муллакаев Марат Салаватович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

профессор кафедры «Проектирование технологических машин и комплексов в химической промышленности» ФГБОУ ВПО «Московский государственный

машиностроительный университет (МАМИ)» Лагуткин Михаил Георгиевич

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН «Институт проблем нефти и газа РАН» Лесин Виктор Иванович

Ведущая организация: Дочернее открытое акционерное общество

«Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры» Открытого акционерного общества «Газпром» (ДОАО ЦКБН ОАО «Газпром»)

Защита состоится «03» ноября 2015 г. в 12:00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.120.02 в Московском государственном университете тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова по адресу: 119581, г. Москва, пр. Вернадского, 86, ауд. М-119.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московского государственного университета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова http://www.mitht.ru.

Автореферат разослан (¿Ь » ¿^¿.-с-7. /? 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент Анохина Елена Анатольевна

Общая характеристика работы Актуальность работы.

Проблема наиболее полного извлечения нефти имеет практический интерес для всего нефтегазового комплекса, учитывая стратегическое значение этой отрасли для экономики нашей страны.

Анализ состояния сырьевой базы России показывает, что в последние десятилетия структура запасов нефти значительно ухудшилась по нескольким причинам:

• большинство открытых крупных нефтегазовых месторождений находятся на поздней стадии разработки;

• в России, как и во всем мире, выросла доля трудноизвлекаемых запасов, которая к настоящему времени уже превысила 65%. Прогнозы динамики структуры запасов не внушают оптимизма - к 2015 году доля трудноизвлекаемых запасов в РФ превысит 70%, а активные запасы будут выработаны на 80%;

• особенно быстро происходит истощение разведанных запасов легкой и средней нефти;

• преобладает опережающий интенсивный отбор нефти в основном из активной части пластов.

Надо понимать, что технологии повышения нефтеотдачи пластов сырьевую базу не наращивают. Они только способствуют более полному использованию имеющегося в недрах сырья и могут частично компенсировать недостаток ввода новых мощностей за счет повышения отбора нефти на уже введенных месторождениях. Но добиться такого эффекта возможно только при правильном подборе соответствующих инновационных технологий.

Таким образом, разработка новых технологий и аппаратов для повышения коэффициента извлечения нефти, а также применение комплексных физико-химических методов для интенсификации существующих технологий добычи нефти остаются на предприятиях нефтегазового комплекса актуальными проблемами.

Цель работы:

Разработка ресурсо- и энергосберегающей сонохимической технологии и ультразвукового автоматизированного скважинного комплекса для интенсификации процесса добычи нефти.

Задачи исследования:

•рассчитать, спроектировать и изготовить ультразвуковые скважинные модули на основе магнитострикционных (МСУМ) и пьезокерамических (МСУП) преобразователей, включающие новое поколение ультразвуковых генераторов, электроакустических преобразователей, волноводно-излучающих систем и экспериментально определить их рациональные эксплуатационные и ресурсные параметры;

•провести стендовые испытания по определению рациональных режимных и технологических параметров ультразвуковой и сонохимической обработки нефти;

экспериментально определить продолжительность эффекта сонохимической обработки нефти на основе анализа изменения ее реологических характеристик.

•разработать ультразвуковой автоматизированный скважинный комплекс (КСУА), позволяющий управлять, контролировать и регистрировать параметры ультразвуковых скважинных модулей, собирать информацию о параметрах в призабойной зоне скважины (ПЗС) при сонохимической обработке пластов с различным структурно-групповым составом и геолого-технологическими параметрами;

•разработать методику опытно-промышленных испытаний сонохимической технологии и комплекса, с последующим их проведением на скважинах с различными геолого-технологическими параметрами;

• оценить технико-экономические показатели сонохимической технологии и комплекса на нефтедобывающих предприятиях РФ.

Научная новизна:

•разработана сонохимическая технология обработки призабойной зоны скважины, базирующаяся на выявленных закономерностях влияния комбинированной ультразвуковой и химической обработки на скорость фильтрации пластовой нефти;

•установлен синергетический эффект при ультразвуковой и химической обработке пластовой нефти;

• выявлены закономерности продолжительности эффекта сонохимической обработки нефти на основе анализа ее реологических характеристик

• разработаны принципиально новые волноводно-излучающие системы ультразвуковых скважинных модулей на основе магнитострикционных (МСУМ) и пьезокерамических (МСУП) преобразователей, защищенные сертификатом соответствия;

•разработан и внедрен программный пакет «Программа управления комплексом КСУА», позволяющий осуществлять оперативный контроль и управление комплексом;

Практическая значимость и реализация результатов работы

В рамках выполнения ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы» (шифр «2011-2.7-527-004») ГК № 14.527.12.002 от 12.09.2011:

• созданы принципиально новые ультразвуковые скважинные модули на основе магнитострикционных преобразователей (МСУМ), пьезокерамических преобразователей (МСУП) и экспериментально определены их рациональные эксплуатационные и ресурсные параметры;

•определены рациональные режимные и технологические параметры процесса ультразвуковой и сонохимической обработки пластовой нефти, полученные в ходе стендовых испытаний;

•впервые создан ультразвуковой автоматизированный скважинный комплекс КСУА, включающий в себя модули МСУМ, МСУП, автоматизированное рабочее место, измерительное оборудование и позволяющий управлять, контролировать и регистрировать параметры

ультразвуковых скважинных модулей, собирать информацию о параметрах в ПЗС при сонохимической обработке пластов с различным структурно-групповым составом и геолого-технологическими параметрами;

• проведены опытно-промышленные испытания комплекса КСУА на Самотлорском месторождении в ОАО «Самотлорнефтегаз» и месторождениях Самарской области; комплекс введен в опытную эксплуатацию;

•разработаны новые научно-технические решения, позволяющие проводить обработку ПЗС в режимах с ультразвуковым и сонохимическим воздействием, а также с использованием модуля МСУМ на постоянной основе при добыче тяжелой нефти.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

•экспериментальные результаты по определению рациональных режимных и технологических параметров процесса ультразвуковой и сонохимической обработки нефти Самотлорского месторождения;

•ресурсо- и энергосберегающая сонохимическая технология, позволяющая повысить коэффициент извлечения нефти;

• научно-технические решения, реализованные при разработке комплекса, позволяющего управлять, контролировать и регистрировать параметры модулей, а также собирать информацию о параметрах в ПЗС при сонохимической обработке пластов.

Апробация работы. Материалы работы докладывались, обсуждались на Международных и Всероссийских научных конференциях, в том числе VI Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа» (Томск 2013), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда» (Курск 2013), Международной научно-практической конференции «Тенденции формирования науки нового времени» (Уфа 2013).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 6 научных статей в изданиях из списка журналов, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 126 наименований. Основное содержание изложено на 219 страницах, содержит 57 рисунков и 41 таблицу.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследования. Сформулирована научная новизна, показана практическая значимость и апробация результатов работы.

В первой главе диссертации проведен анализ современного состояния проблемы извлечения нефти. Описаны известные методы извлечения нефти, их преимущества и недостатки, а также механизмы волнового воздействия на процессы, происходящие в призабойной зоне пласта. На основе литературного

обзора определены цель и основные научно-технические задачи,

требующие проведения всесторонних исследований.

Во второй главе приведены физико-химические характеристики исходных веществ и применяемых реагентов. Описаны оборудование и методика измерения акустических характеристик.

В третьей главе изложены результаты работ по расчету, проектированию и изготовлению УЗ скважинных модулей, включающих новое поколение УЗ генераторов, магнитострикционных и

пьезокерамических преобразователей, волноводно-излучающих систем, а также экспериментальные результаты

Рис. 1. Испытательный стенд: 1-прибор для измерения амплитуды колебаний боковой поверхности камеры, 2 - камера высокого давления, 3 - манометр, 4 - волновод с магнитострикционным преобразователем, 5 - герметичная капсула с образцом, 6 -ультразвуковой генератор, 7 -

плунжерный насос.

по определению их рациональных эксплуатационных и ресурсных параметров.

Для выбора рациональной конструкции скважинного прибора были рассчитаны, спроектированы, изготовлены и испытаны 6 видов волноводно-излучающих систем.

На разработанном испытательном стенде были проведены серии экспериментов в камере высокого давления с диаметром, близким к диаметру обсадной колонны нефтяной скважины (рис. 1). Оценку эффективности работы различных волноводных систем проводили по результатам измерения амплитуды колебаний боковой поверхности камеры цифровым виброметром Б УАЫ-912М(АЕ).

В работе был проведен расчет ультразвуковой излучающей системы скважинного прибора ПСМС-42. Для расчета собственных частот физических тел использовалось однородное уравнение Гельмгольца:

со2 р

—Ур - 2

Рс ) РсС,

= 0

где Р

с,

акустическое давление,

Р = Рое

[Н/м2

Рс.

- скорость звука, [м/с], а> - угловая частота, [Гц],

плотность среды, [кг/мЗ со = 2/г /

/ Я&шхтуър Ш-42

Наехияэафасза? «/-■// \

Рис. 2. Ультразвуковая колебательная система скважинного прибора ПСМС-42..

В среде СОМБОЬ МиШрЬуЗЮБ с помощью модулей расчета

колебаний твердых тел, с применением метода конечных элементов рассчитаны

геометрические размеры волновода с

использованием уточненных физико-механических характеристик титанового сплава ВТ6. На рис. 2 приведена ультразвуковая колебательная система скважинного излучателя ПСМС-42.

С целью комплексной обработки ультразвуком и химическими реагентами с помощью разработанного комплекса был модернизирован кабельный наконечник и выбрана конструкция шлангокабеля ТГ 15/44-100-(2х2,5+4x0,75) для работы с каротажным подъёмником ПКС-5Г-Т.

Четвертая глава посвящена разработке ультразвукового автоматизированного скважинного комплекса, включающего модули на основе магнитострикционных и пьезокерамических преобразователей, автоматизированное рабочее место, а также вспомогательное оборудование. Состав комплекса предусматривает работу на скважинах с различными геолого-технологическими параметрами и с разными видами нефти.

Модуль МСУП на основе пьезокерамических преобразователей состоит из наземной и скважинной части. Наземную часть представляет модернизированный ультразвуковой генератор ТБбР, а скважинную часть пьезокерамические скважинные приборы диаметрами 44 мм (ПСПК-44) и 52 мм (ПСПК-52).

Пьезокерамические скважинные приборы ПСКП-44 и ПСКП-52 представляют собой широкополосные ультразвуковые колебательные системы с возможностью

формирования заданной амплитудно-частотной

характеристики для установления рационального режима воздействия на ПЗС.

На рис. 3 показаны основные узлы прибора ПСПК-44. Возможность изменения частоты и интенсивности излучения, в

Рис. 3. Пьезокерамический скважинный излучатель

ПСПК-44: 1- кабельный наконечник, 2- галтель торцевая 1, 3- резонатор, 4- галтель проходная, 5-галтель торцевая 2, 6- заглушка, 7__пьезокерамическое кольцо.

зависимости от геолого-технических условий ПЗС, позволяет добиться высокой эффективности обработки.

Стендовые испытания приборов, проведенные на разработанном стенде, имитирующем реальную скважину в проточном режиме (расход 10 л/мин) в диапазоне давлений до 30 МПА и температур до 90 0 С, показали, что амплитуда колебаний стенок скважинного прибора составляла 5 мкм при резонансной частоте.

Модуль МСУМ состоит из наземной и скважинной части. К наземной части модуля относится модернизированный ультразвуковой генератор Т810Ш. К скважинной части относятся скважинные аппараты с магнитострикционными преобразователями диаметром 42 мм (ПСМС-42) и диаметром 102 мм (ПСМС-102).

В отличие от генераторов предыдущего поколения, в контроллер разработанного генератора введен узел, обеспечивающий прием показаний давления и температуры в скважине от скважинного прибора, их обработку и трансляцию на внешний компьютер, и дающий возможность работать в режиме дистанционного управления и задавать частоту и выходную мощность.

Рис. 4. Скважинный прибор ПСМС-102: 1-переходник НКТ-60, 2- кабельный наконечник, 3- магнитострикционный преобразователь, 4 - гидрокомпенсатор избыточного давления, 5- корпус прибора, 6-корпус излучателя, 7 -

__наконечник._ _

На рис. 4 показаны основные узлы прибора ПСМС-102. Были проведены стендовые испытания приборов ПСМС -42 и ПСМС -102 для определения их эксплуатационных параметров. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Одной из задач данной работы была разработка автоматизированного рабочего места, которое позволит эксплуатировать комплекс в автоматическом режиме (рис.5). АРМ позволяет выдавать команды управления и принимать контролируемые и регистрируемые параметры модуля МСУМ и МСУП, устройства дозирования химических реагентов, управлять работой ультразвуковых генераторов; контролировать и

диагностировать техническое состояние комплекса; регистрировать и архивировать режимы и параметры работы комплекса.

Рис. 5. Автоматизированное _рабочее место _

Таблица 1 - Результаты испытаний прибора ПСМС -102

Условия испытаний ПСМС-42 ПСМС-102

Резонансная частота V оез, кГц 20,97 20,97

Напряжение на осцилляторе иосц ,В 460 380

Ток на осцилляторе 1осц , А 3,6 3,3

Сопротивление излучателя Ътл, Ом 127 115

Мощность излучателя Рнзл, ВА 1,66 1,25

Ток потребления 1потр, А 2,8 2,7

Ускорение вибрации а, км/с2 22 17

Амплитуда колебаний мкм 1,2 1,0

АРМ включает в себя промышленный панельный компьютер с сенсорным экраном и принтером. По портам RS-232 к ПК подключаются ультразвуковой генератор, блок каротажного регистратора, установка кислотной обработки скважин.

Была разработана схема размещения ультразвукового генератора на специальном стеллаже, промышленного компьютера, а также рабочего места оператора АРМ в лабораторном отсеке подъёмника каротажного самоходного ПКС-5Г-Т.

Программное обеспечение работает под управлением операционной системы Debian GNU/Linux или Ubuntu (Kubuntu, Xubuntu) на архитектуре х86 (32-bit PC). Программное обеспечение создаёт низкую вычислительную нагрузку, не предъявляет специальных требований к аппаратной платформе и может быть установлено на любом современной персональном компьютере. В качестве аппаратной платформы может быть использован персональный компьютер с процессором Intel Atom 1,8 ГГц, оперативной памятью 1Гб и жёстким диском 60 Гб.

В нижней части стеллажа (рис. 6) размещается каротажная станция типа «Югра» с принтером, которая

работает совместно с прибором скважинным «Сова», и обеспечивает исследование

геофизических параметров ПЗС и привязку к интервалу перфорации скважины.

-\U<>

4И

* Ч tssp -J [

» / др»

* щ гш!

■щш ( >

s ? л m 11

ег> 22Ш ч iorj» Ш}

Рис. 6. Размещение ультразвуковых генераторов Т56Р и Т810\У, а также АРМ в кабине ПКС.

Рис.7.Схема экспериментального стенда: 1- модель пластовой породы, 2 - ультразвуковой скважинный прибор, 3 - нефть, 4 - насосная станция._

Пятая глава посвящена определению рациональных режимных и

технологических параметров процесса сонохимической обработки нефти. Для решения поставленных задач был разработан стенд (рис.7), имитирующий реальную скважину.

С учетом геолого-физических характеристик пластов Самотлорского месторождения, где планировались опытно-промышленные испытания комплекса КСУА, на стенде были проведены эксперименты, в которых варьировались режимные и технологические параметры сонохимической обработки: количество и тип химического реагента, время и интенсивность УЗ обработки, тип УЗ скважинных приборов. Результаты сонохимической обработки оценивались по изменению линейной

скорости фильтрации и вязкости пластовой нефти.

В качестве химических реагентов использовались композиции серии ИХН (ИХН-60, ИХН-100 и ИХН-ПРО), в количестве 0,8 -1,5 % от общего объема нефти. Параметры обработки

выбирались близкие к скважинам Самотлорского месторождения: давление 10 МПа, температура 50°С, время УЗ обработки 10-20 мин.

Результаты первой серии экспериментов показали, что наиболее эффективным для выбранных условий оказался реагент ИХН-ПРО. Результаты второй серии экспериментов приведены на рис. 8. Эксперименты показали, что сонохимическая обработка нефти наиболее эффективна при мощности 4 кВт и количестве химического реагента 0,8-1,2 % от общего объема. В третьей серии экспериментов исследовалась зависимость скорости фильтрации нефти от времени обработки в непрерывном и импульсном режимах работы ультразвукового скважинного прибора ПСПК-44 (рис. 9).

Рис.

Мощность прибора, Р, кВт

3. Зависимость скорости линейной фильтрации нефти от мощности скважинного прибора и количества реагента ИХН-ПРО.

Ультразвуковая обработка свыше 15 мин в непрерывном режиме работы прибора, а также свыше 20 мин в импульсном режиме неэффективна, так как линейная скорость фильтрации нефти достигает своего насыщения.

На рис. 10. приведена зависимость динамической

вязкости от количества реагента ИХН-ПРО. Как видно из рисунка, для снижения вязкости примерно на 25-30 % требуется химическая обработка нефти реагентом ИХН-ПРО в количестве 0,8-1,2% от общего объема, в то время как при сонохимической обработке с тем же количеством реагента достигается снижение на 40-45%, причем прослеживается явный синергизм в их действии.

Результаты экспериментов показали, что нефть после ультразвуковой обработки

восстанавливает прежнее

значение вязкости в течение 18-24 часов (рис. 11), в то время как после сонохимической обработки значение вязкости нефти меняется незначительно.

Полученные рациональные режимные и технологические параметры сонохимической

обработки нефти приведены в табл. 2.

В шестой главе приведены результаты опытно-

промышленных испытаний

комплекса КСУА на скважинах Самотлорского место-рождения (Западная Сибирь) и Самарской области.

й= (.0,0002±0,0000в11г + {0,0076±0,0011)( *{0.1362№,0041)

0= (-о.ооог±о,оооз)£* + 0,00931 + 0,0929 * Ряд}

Время обработки,: мин

. !>яд2

Рис. 9. Результаты сонохимической обработки при использовании различных режимов УЗ скважинного прибора ПСПК-44: 1 - непрерывный режим; 2 -импульсный режим.

290 270

2 230 -е-

I 210

5 190

1 170

а 150

130

4~

.....I

0,5 1 1,5

Количество резгг*тэ, л

Рис. 10. Зависимость вязкости нефти от количества реагента ИХН-ПРО: 1 - без ультразвуковой обработки, 2-е ультразвуковой обработкой_

290 270 ; 250 }

И0 I

210

190

150 130

0

Рис.

6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 Время после обработки, ч

1. Изменение вязкости нефти от времени хранения пробы после сонохимической обработки: 1-ультразвуковая обработка; 2- реагентная обработка; 3- сонохимическшузбработка.

Таблица 2- Рациональные режимные и технологические параметры _сонохимической обработки нефти_

Тип прибора ПСПК-44

Мощность прибора Р, кВт 4

Время обработки 10, мин 20

Режим работы прибора Импульсный (1:1)

Реагент ИХН-ПРО

Расход реагента на 100 л нефти, % 0,77

В работе проанализированы критерии подбора скважин для ультразвуковой

обработки. Разработана технология испытаний комплекса в промышленных условиях, с разработкой соответствующих компоновок оборудования, программ и методик опытно-промышленных испытаний.

В состав разработанного комплекса входит:

• модуль скважинный ультразвуковой пьезокерамический МСУП;

• модуль скважинный ультразвуковой магнитострикционный МСУМ;

•автоматизированное рабочее место управления комплексом АРМ -2 шт.;

• комплект эксплуатационной документации;

• комплект технологической документации по режимам и параметрам обработки ПЗС;

• комплект ЗИП-О.

В табл. 3 приведены технические характеристики комплекса КСУА.

Таблица 3 - Технические характеристики комплекса КСУА

Максимальная глубина обработки скважины, м 4 000

Выходной мощностью модулей МСУП и МСУМ, кВт не менее 1,6

Максимальное давление закачки химических реагентов, МПа 45

Максимальная плотность флюида в ПЗС, кг/м3 920

Максимальный расход химических реагентов, 1 м3/мин' 1

Диапазон измерения температуры, °С от 0 до+135

Электропитание от сети (число фаз/напряжение, В/частота, Гц) 3 х380/50

Допустимо изменение питающего напряжения, % от - 15 до +10

Потребляемая от сети мощность, кВт не более 15

Работа комплекса на месте эксплуатации обеспечивается следующим привлекаемым серийным оборудованием, не входящим в комплект комплекса:

•подъёмник каротажный самоходный типа подъёмник каротажный типа ПКС-5М со шлангокабелем для размещения модулей МСУП и МСУМ;

• геофизический комплекс типа «Сова»;

•регистратор геофизических параметров типа «Югра»;

• шлангокабель с длиной не менее 4100 м, разрывным усилием не менее 7,0 т и давлением 45 МПа;

•устройство дозирования химических реагентов с блоком управления в блок-боксе на автомобильном шасси для подготовки смеси химических реагентов из сухих и жидких компонентов, и её подачи с расходом до 1 м3/мин и давлением до 45 МПа;

Шг~ -

Рис. 12. Компоновка элементов аппаратуры при обработке ПЗС модулем МСУМ: 1 -якорь, 2 - ультразвуковой генератор, 3 -скважинный прибор ПСМС-102, 4 - обсадная колона, 5 - НКТ, 6 - продуктивный пласт, 7 -зона акустического воздействия, 8 - зона перфорации, 9 - кабель питания ПСМС-102

Комплекс позволяет проводить обработку ПЗС в трех режимах: с

ультразвуковым воздействием; сонохимической обработкой и использование модуля МСУМ на постоянной основе при добыче тяжелой нефти (рис. 12).

Опытно-промышленные испытания комплекса были проведены на скважинах Самотлорского месторождения (Западная Сибирь) и в Самарской области, которые находятся на поздней стадии разработки

и основные запасы сосредоточены в сильно неоднородных, частично

заводненных коллекторах.

Испытания показали

высокую эффективность

излучателей ПСПК-44 и ПСПК-52.

Результаты испытаний излучателя ПСПК-44 показаны на примере скважины 12257, динамика работы которой представлена на рис. 13. В результате получен средний прирост по нефти 9,7 т/с, коэффициент продуктивности изменился от 0,041 до 0,165.

В Западной Сибири и Самарской области в период с 2010 по 2012 годы было выполнено более 100 операций, при этом средний прирост дебита после запуска составил 4,4 т/сут для Западной Сибири и 10,2 т/сут для Самарской области. Анализ результатов опытно-промышленных испытаний комплекса на 22 добывающих нефтяных скважинах показал, что при ультразвуковой обработке среднесуточный дебит нефтяных скважин увеличился на 113%, а средний коэффициент продуктивности - на 102%. На рис. 14 представлена диаграмма изменения дебита скважин до и после ультразвуковой обработки, а на рис. 15 - изменения основных усредненных параметров работы скважины после ультразвуковой обработки с учетом отработанного времени.

Рис. 13. Динамика работы скважины № 12257 _Самотлорского месторождения_

Ультразвуковая обработка приводит к увеличению коэффициента продуктивности нефтяных скважин в среднем на 33% (рис. 16 а). Кроме того, благодаря избирательному воздействию ультразвуковой обработки на пласты наблюдалось снижение

обводненности скважинной жидкости в среднем на 4 % (рис. 16 б).

Опытно-промышленные испытания комплекса с применением

сонохимической технологии были проведены на пластах группы БВ (проницаемость меньше 20 мД, пористость меньше 15 %) эффективность ультразвуковой обработки которых не столь высока из-за несовершенства технологии освоения и негативного фактора глушения скважины.

В качестве химического реагента использовали ИХН-ПРО.

/ 120 : I

20 < / , ш ШШШШШш / 20 : ттжяттш MiiiiiiiM

о '

щят яттмм* мл» мтш'аж.

<*тют»ев »30 „&,,у,о,, ио

а б

Рис. 16. Усредненные изменения коэффициента продуктивности (а) и обводненности (б) скважин после ультразвуковой обработки и оптимизации насосного оборудования.

ш Кпрод, мЗ/сут*атм а&Ож,мЗ/сут ШОн, тонн/сут ш %обв объекты ЗС объекты СО

Рис. 15. Влияние ультразвуковой обработки

на параметры работы скважины с учетом _отработанного времени_

ш объекты ЗС я объекты СО

Рис. 14. Влияние ультразвуковой обработки __на динамику дебита скважины__

Режим до Режим Режим до Режим УЗО после УЗО УЗО после УЗО

О

Qh до УЗО Qh после УЗО Qh в среднем через 2,5-3 месяца после УЗО

В рамках опытно-промысловых ОПИ было обработано 9 скважин Самотлорского месторождения (Западная Сибирь), из которых 6 добывающих и 3 нагнетательные.

Продолжительность действия эффекта от ультразвуковой обработки длится от 6 месяцев до 1 года. Усреднённые

результаты обработок по всем скважинам приведены в табл. 4, а изменение приемистости скважин

после сонохимической

обработки приведены на рис. 17.

Как показали расчёты, экономический эффект от внедрения комплекса в народное хозяйство

заключается в повышении объема добычи нефти на 2295 т в год.

При стоимости нефти порядка 110 $/барр. на одной скважине можно получить дополнительный доход до 55 513 755 руб. в год.

В РФ на 2011 год эксплуатировалось примерно 135 ООО нефтяных скважин. При планируемом освоении целевого рынка на начальном этапе 5% (6 750 скважин) внедрение комплекса КСУА позволит ежегодно получать доход в размере ~375 млрд. руб.

Таблица 4 - Усредненные дебит скважины до и после сонохимической _обработки__

Параметр До обработки После обработки

1 Среднесуточный дебит скважин, т 2,9 8,1

2 Средняя обводненность скважины, % 48,5 35,1

о о Коэффициент продуктивности 0,14 0,29

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (шифр «2011-2.7-527-004»),

1. Экспериментально определены рациональные режимные и технологические параметры процесса ультразвуковой и сонохимической обработки нефти Самотлорского месторождения.

2. Впервые на основе проведённых экспериментальных исследований установлено:

400 390

■ Приемистость Ц до обработки мЗ/сут ш Приемистость О после обработки мЗ/сут

Рис. 17. Изменение приемистости нагнетательных скважин на пластах группы БВ _после сонохимической обработки_

•эффективность сонохимической обработки нефти в пластовых условиях, причем прослеживается явный синергетический эффект в действии ультразвуковой и химической обработки;

• продолжительность эффекта сонохимической обработки нефти на основе анализа ее реологических характеристик.

3. Разработана ресурсо- и энергосберегающая сонохимическая технология, позволяющая проводить обработку ПЗС с использованием комбинированного ультразвукового воздействия и химических реагентов.

4. Созданы:

•принципиально новые ультразвуковые скважинные модули на основе магнитострикционных и пьезокерамических преобразователей, включающие новое поколение ультразвуковых генераторов, магнитострикционных и пьезокерамических преобразователей, волноводно-излучающих систем;

• ультразвуковой автоматизированный скважинный комплекс, включающий: модуль МСУМ, модуль МСУП, автоматизированное рабочее место, позволяющий управлять, контролировать и регистрировать параметры УЗ скважинных модулей, собирать информацию о параметрах ПЗС при сонохимической обработки пластов с различным структурно-групповым составом и геолого-технологическими параметрами;

• программный пакет «Программа управления комплексом КСУА», позволяющий осуществлять оперативный контроль и управление комплексом;

• новые программы и методики проведения опытно-промышленных испытаний комплекса.

5. Проведены опытно-промышленные испытания сонохимической технологии и комплекса на скважинах Самотлорского месторождения в ОАО «Самотлорнефтегаз» (Западная Сибирь) и Самарской области, которые показали их эффективность при добыче нефти на низкорентабельных месторождениях.

К принципиально новым преимуществам технологии следует отнести:

• средний прирост дебита нефти после обработки ПЗС на 40-90%;

• продолжительность эффекта после обработки от 4 до 24 месяцев;

• простота применения (не сложнее технологии геофизического исследования скважин);

•экономическая эффективность (финансовых вложений на дополнительную тонну нефти)- 132 руб./т.

• сохранение целостности эксплуатационной колонны и цементного кольца за ней;

• экологически безопасна для окружающей среды и здоровья персонала;

6. Сонохимическая технология и комплекс, а также полученные научно-технические решения целесообразно использовать при повышении коэффициента извлечения нефти на низкодебитных месторождениях нефтегазового комплекса РФ.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в работах:

В изданиях рекомендованных ВАК

1. Муллакаев М.С., Абрамов В.О., Абрамова A.B., Прокопцев В.О. Разработка ультразвукового скважинного комплекса и технологии восстановления дебита нефтяных скважин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2013. - № 2. - С. 25-31.

2. Муллакаев М.С., Кереметин П.П., Абрамова A.B., Прокопцев В.О. Расчет ультразвуковой излучающей системы скважинного прибора ПСМС-42 // Нефтепромысловое дело. 2013. - № 4. - С. 24-27.

3. Абрамов В.О., Муллакаев М.С., Есипов И.Б., Прокопцев В.О. Ультразвуковой комплекс на основе пьезокерамических излучателей и технология восстановления дебита нефтяных скважин // Труды Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. 2013. - № 2. - С. 45-54.

4. Муллакаев М.С., Абрамова A.B., Асылбаев Д.Ф., Прокопцев В.О. Разработка автоматизированного рабочего места для эксплуатации ультразвукового скважинного комплекса // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2013. - № 3. - С. 48 - 51.

5. Абрамов В.О., Муллакаев М. С., Баязитов В.М., Тимашев Э.О., Кулешов С.П., Прокопцев В.О. Опыт применения ультразвукового воздействия для восстановления продуктивности нефтяных скважин Западной Сибири и Самарской области // Нефтепромысловое дело. 2013. - № 6. С. 26-31.

6. Муллакаев М.С., Прокопцев В.О. Разработка ультразвукового автоматизированного скважинного комплекса и сонохимической технологии повышения продуктивности скважин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2014. - № 4. - С. 37 - 45.

Статьи в материалах международных и всероссийских конференций

1. Прокопцев В.О., Прачкин В.Г., Муллакаев М.С. Ультразвуковые технологии - перспективные и экологически безопасные методы интенсификации добычи нефти // Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экологии и охраны труда». Курск, 17 мая 2013.-С. 118-123.

2. Прачкин В.Г., Прокопцев В.О., Муллакаев М.С. Влияние ультразвуковой и термической обработки на реологические свойства парафинистой нефти // Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экологии и охраны труда». Курск, 17 мая 2013.- С. 133139.

3. Муллакаев М.С., Абрамов В.О., Прокопцев В.О. Применение ультразвуковой технологии для восстановления продуктивности нефтяных скважин Западной Сибири и Самарской области // Тезисы докладов VI Всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа". Томск, 24-26 сентября 2013. - С. 138-240.

4. Прокопцев В.О. Разработка АРМ для ультразвукового скважинного комплекса // Сборник статей международной научно-практической конференции «Тенденции формирования науки нового времени» Уфа, 27-28 декабря 2013 - С. 196-202.

Прокопцев Владимир Олегович Интенсификация процессов добычи нефти с использованием сонохимической технологии Формат 60x90/16 Тираж 100 экз. Подписано в печать 01.09.2015 г. Заказ № Типография ООО «Генезис» 8 (495) 434-83-55 1 19571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86