автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Исследование влияния поверхостно-активных веществ на гидравлическую характеристику газожидкостных потоков в целях улучшения показателей газлифтных скважин

ББЩЕНИЕ.

ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАВ НА ТРАНСПОРТИРУЩУЮ

СПОСОБНОСТЬ ПОТОКА.

1,1. Краткий анализ работ, посвященных исследованию влияния поверхностно-активных веществ на работу газожидкостного подъемника •

1.2* Исследование влияния ПАВ на эффект миграции частиц • • • . • •

1.3. Исследование влияния ПАВ на эффект поперечной миграции в проницаемой трубе

1.4. Оценка влияния малых добавок ПАВ на процесс миграции в трубах с внутренним покрытием

ГЛАВА П. ВЛИЯНИЕ ПАВ НА ПОЛУЧЕНИЕ БЛАГОШИЯТНЫХ

СТРУКТУР ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ

2.1. Изучение влияния добавок ПАВ на интенсивность газовнделения.

2.2. Изучение влияния ПАВ на гидравлические сопротивления газожидкостного потока

2.3. Влияние ПАВ на стабильность эмульсионных структур потока

2.4. Влияние ПАВ на оптимизацию работы газ лимитных скважин

ГЛАВА Ш. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ЛШТИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

РАЗЛИЧНЫХ ИНДИКАТОРОВ . .ЮЗ

3.1. Регулирование неравновесными процессами в газлифтной добыче., . ЮЗ

3.2. Экспресо-метод диагностирования изменений в режимах работы нефтяных скважин. ИЗ

3.3. Диагностирование и повышение эффективности работы газлифтных скважин с применением спектрального анализа

ВЫБОЛИ И РЕКОГЛЕНДАЦИИ.

Решение Министерства нефтяной промышленности о расширении работ по увеличению нефтеотдачи на основе интенсивного использования химических реагентов и создание специального научно-производственного объединения "Союзнефтепромхим" будет способствовать выполнению поставленных ХХУ1 съездом КПСС перед нефтяниками страны ответственных задач - доведению до конца XI пятилетки добычу нефти (с газовым конденсатом) до 620-645 млн.т и газа до 600-640 млрд.куб.м. в год.

Успех в осуществлении поставленных задач можно обеспечить за счет ускоренного ввода в действие новых мощностей по добыче нефти, повышения эффективности использования имеющихся мощностей, осуществления комплекса геолого-технических мероприятий, наращивания объемов работ по поддержанию пластового давления, широкого применения высокоэффективных методов разработки нефтяных месторождений, направленных на увеличение нефтеотдачи пластов»

Значительная работа будет проведена по повышению и стабилизации добывных возможностей действующих скважин за счет применения интенсивных систем разработки, высокопроизводительного оборудования и различных способов обработки призабойных зон скважин с целью увеличения притока нефти.

Актуальность темы. В настоящее время эксплуатация скважин газлифтным способом приобретает, все большее значение. Как показывает практика применения газлифтного способа эксплуатации на месторождениях нашей страны этот способ эксплуатации экономически высокоэффективен и может быть осуществлен без значительных капитальных затрат.

- 5

При описании процессов, происходящих при разработке нефтяных месторождений, большое значение имеет учет термодинамических процессов, сопровождающих движение газожидкостной смеси, что представляет важный практический интерес при оптимизации работы газлифтных скважин. Подъем газожидкостной смеси в скважине обычно сопровождается значительной неравновесностью, вследствие ее разгазирования и больших скоростей движения. При этом изменение во времени физических свойств многофазных сред создает большие трудности в исследовании закономерностей движения газожидкостных смесей.

В связи с разнообразием структур газожидкостных смесей и трудностью учета свойств каждой структуры влияние малых добавок ПАВ на получение стабильных эмульсионных структур потока и сохранение их на большей части подъемных труб определяет актуальность вопроса влияния ПАВ на работу газожидкостных подъемников.

Цель работы. Выявить условия, при которых ПАВ будут способствовать формированию цристенного газового слоя, что позволит значительно повысить коэффициент полезного действия газожидкостных подъемников, в особенности, при добыче тяжелых нефтей газлифт-ным способом.

В работе решены следующие задачи:

1. Исследовано влияние ПАВ на эффект поперечной миграции дисперсной фазы в лифтовых трубах (в обычной, проницаемой трубе и в трубах, имеющих внутреннее покрытие).

2. Определены гидравлические сопротивления при движении водных растворов ПАВ в газожидкостных подъемниках.

3. Изучено влияние ПАВ на стабильность структур газожидкостных потоков, характеризующихся неравновесными процессами в газ-лифтной добыче. 6

4, Исследовано влияние ПАВ на оптимизацию работы газлифт-ных скважин.

5. Разработан способ борьбы с вредным влиянием газа, накопившегося в призабойной зоне пласта на производительность газ-лифтных скважин в процессе их работы.

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач в работе использованы экспериментальные и промысловые методы исследования. При обработке результатов исследований использованы вероятностно-статистические методы с применением ЭВМ.

Научная новизна

1. Определено влияние ПАВ на устойчивость образующегося пристенного газового слоя в лифтовых трубах.

2. Проведена оценка нового метода воздействия ПАВ на приза-бойную зону скважин с применением аппарата спектрального анализа.

3. Показана возможность увеличения коэффициента полезного действия газожидкостного подъемника и очистки призабойной зоны пласта от накопившегося газа с помощью воздействия водными растворами ПАВ.

4. Предложен экспресс-метод исследования газлифтных скважин для проведения диагностирования изменений при применении ПАВ для различных режимов работы скважин.

5. Впервые в результате лабораторных и промысловых исследований установлено влияние ПАВ на состояние газожидкостной системы в призабойной зоне скважин.

Практическая ценность и реализация результатов

В призабойной зоне скважин, работающих при забойном давлении ниже давления насыщения, выделяющийся газ за сравнительно продолжительное время порядка нескольких месяцев накапливается

- 7 и способствует возникновению неравновесных процессов, которые приводят к снижению продуктивных характеристик пласта. г*

Проведение обработки призабойной зоны водным раствором ПАВ приводит к более полному растворению газа в нефти, значительному уменьшению набухаемости глины и гидрофилизации поверхности пористой среды. Регулирование поверхностными свойствами пористой среды, гидрофилизация гидрофобной поверхности ведет к уменьшению фильтрационного сопротивления и увеличению продуктивности скважин.

Предложенные в диссертационной работе методы контроля и регулирования состояния газожидкостной системы в призабойной зоне и в стволе скважин при воздействии водными растворами ПАВ были применены при проведении промысловых исследований на промыслах НГДУ им. А.П.Серебровского БПО "Каспморнефтегазпром" ж НГДУ "Орд-жоникидзенефть" ПО "Азнефть".

В результате воздействия на призабойную зону водными растворами ПАВ в 33 газлифтных скважинах НГДУ им. А.П.Серебровского ВПО "Каспморнефтегазпром" получен прирост добычи нефти 7322 т. и сокращен расход рабочего агента на 2700 тыс.м3.

Материалы диссертации и предлагаемые методы включены в руководство "Временное методическое руководство по проектированию и анализу разработки морских нефтяных, газовых и газоковденсатных месторождений", утвержденное Мингазпромом СССР (1980г.).

В приложении к диссертации приводятся акты внедрения с общим экономическим эффектом 73 тыс.рублей.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на:

I. Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче", посвященной ХОТ съезду КПСС и XXX съезду КП Азербайджана, Баку,

1980г.

2. П областной теоретической школе-семинаре "Термодинамические методы в разведке, разработке и эксплуатации нефтяных и газоконденсатных месторождений Западной Сибири", г.Тюмень, 1983г.

3. Выездной конференции в БГДУ им.А.П.Серебровского, г.Баку, 1984г.

4. 1У Всесоюзной конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче", Баку, 1984г.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы, насчитывающей 78 наименований и приложения, содержит 84 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 69 рисунков.

-'149 -ОСНОВШЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Исследованы условия образования на поверхности подземных труб пристенного газового слоя - "газового подшипника" и влияние на степень устойчивости различных малых добавок поверхностно-активных веществ. Экспериментально показано, что малые добавки ПАВ способствуют устойчивости образующейся тонкой газовой прослойки. Реализация эффекта Сегре-Зильберберга обеспечивает снижение гидравлических сопротивлений газожидкостному потоку на 154-20% и приводит к увеличению КЦД лифтирования.

2. Исследовано влияние ПАВ на получение благоприятных структур потока. При этом показано, что применение водных растворов ПАВ увеличивает газонасыщенность потока и способствует уменьшению газового фактора примерно вдвое.

3. Исследовано влияние ПАВ на гидравлическую характеристику двухфазных потоков в обычной, покрытой эпоксидной смолой и проницаемой трубах. Установлено, что малые добавки ПАВ обеспечивают увеличение производительности подъемников на 10%.

Предлагается в промысловых условиях применение ПАВ сочетать с использованием насосно-компрессорных труб с внутренним гидрофобным покрытием, которое приводит к снижению рабочих давлений, сглаживанию пульсаций, сокращению отложений на стенках труб парафина.

4. В результате лабораторных и промысловых исследований для оперативного контроля состояния газожидкостной системы в призабойной зоне скважин предложен новый метод диагностирования момента фазового перехода в пористой среде по кривым восстановления давления.

5. Для оперативного контроля и регулирования процесса фильт

- 150 рации в неоднородной среде предлагается расширять промысловые работы по применению водных растворов ПАВ, синтезированного из отходов производства сульфанола, для гидрофнлизации поверхности призабойной зоны. При этом эффект от предлагаемого мероприятия получается большим в той газлифтной скважине, продукция которой характеризуется неньютоновскими свойствами и имеет место большие отборы пластового газа. Значительную роль в успешности исследований играет и наличие глинистых фракций (до 30%) в составе пористой среды.

6. Показана возможность диагностирования наличия изменений в режимах работы газлифтных скважин после применения ПАВ, на основе ограниченной промысловой информации.

7. Предлагается степень воздействия на неравновесность процессов, происходящих в призабойной зоне и стволе, определять с учетом частотных характеристик пласта и скважины. При применении спектрального анализа сравниваемые между собой периоды колебаний процессов до и после воздействия на пласт указывают на уменьшение периодов колебаний до значений, сравниваемых с периодами колебаний процессов происходящих в стволе скважин,

8. Результаты исследований вошли во "Временное методическое руководство по проектированию и анализу разработки морских, нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений", утвержденного Министерством газовой промышленности СССР, 1980г.

1. Аббасов A.A., Алиев Б.А., Рагимов О.П. О влиянии растворенного газа на структурно-механические свойства нефтей. - АБХ, 1967, J6 9, с.27-28.

2. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества. Л.,"Химия", 1981, 304 с.

3. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. М., Гостоптехиздат, 1947, 552 с.

4. Алибеков Б.И., Пирвердян A.M., Сафаров P.A., Чубанов О.В. К расчету воздушного подъемника для вязко-пластичной жидкости. НХ, № 8, 1971, с.

5. Алиев Р.Т., Акперов P.M., Гейдаров K.M. О применении эффекта Сегре-Зильберберга к вязко-пластичным системам. Тезисы Ш Всесоюзного семинара по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении. Октябрьский, 1971.

6. Алиев Р.Т., Аметов И.М., Гейдаров K.M., Чубанов О.В. Оценка условий формирования цристенного газового слоя. Изв.вузов "Нефть и газ", $ II, 1974, с.

7. Амиров А.Д., Амиян В.А., Коджанов A.A. Перспективы применения пен для совершенствования технологических процессов добычи нефти. АНХ, В I, 1976, с.37-42.

8. Амиян В.А., Уголев B.C. Физико-химические методы повышения производительности скважин. М., "Недра", 1966, 279 с.

9. Арманд A.A. Исследование механизма движения двухфазной смеси в вертикальных трубах. - М.: Изд-во АН СССР, 1935, с.21-34.

10. Архангельский В.А. Движение газированных нефтей в системе скважина-пласт. - М.: Изд-во АН СССР, 1958. - 92 с.

11. Бабазаде Ф.А. Исследование новых деэмульгаторов в условиях

- 152

Азербайджана. Труды АзНИПИнефти "Вопросы техники и технологии добычи нефти", № 44, 1977, с.28-32.

12. Бабалян Г.А., Кравченко И.И., Мархасин И.Л., Рудаков Г.В. Физико-химические основы применения ПАВ при разработке нефтяных пластов. М., Гостоптехиздат, 1962, 282 с.

13. Бабалян Г.А. и др. Применение поверхностно-активных веществ с целью увеличения нефтеотдачи. М., "Недра", 1970, 112 с.

14. Бабалян Г.А. Физико-химические процессы в добыче нефти. М., "Недра", 1974, 200 с.

15. Багдасаров В.Г. Теория, расчет и практика эргазлифта. - М., Гостоптехиздат, 1947, - 371 с.

16. Бакланов Б., Шишенко Р. Гидродинамика эргазлифтов. АНХ, J& 7-8, 1935.

17. Балакиров Ю.А., Оноприенко В.П., Стрешинский И.А., Комарниц-кий Н.В., Кривоносов И.В. Оптимизация режимов работы скважин. М.,"Недра", 1981, 221 с.

18. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М., "Мир", 1983, 312 с.

19. Васильев Ю.Н., Максутов P.A., Башкиров А.И. Экспериментальное изучение структуры нефтегазового потока в фонтанной скважине. НХ, № 4, 1961, с.41-44.

20. Виноградов К.В. Движение газонефтяной смеси в фонтанных скважинах. М., "Недра", 1964, 138 с.

21. Временное методическое руководство по проектированию и анализу разработки морских нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. МЕфзаджанзаде А.Х., Хасаев А.М., Джафаров A.A. и др. - Баку, АзШШТЕХШ, 1980, - 130 с.

22. Газян Г.С. Из опыта работы лабораторно-промышленной установки по исследованию воздушного подъемника. - Нефтяное хозяйство,

1949, J& 7, с.24-31.

23. Гаскаров Д.В., Шаповалов В.И. Малая выборка. М., "Статистика", 1978, 248 с.

24. Дженкинс Г., Ватто Д. Спектральный анализ и его приложения, М., "Мир", 1972, 288 с.

25. Джеффри Р., Пирсон ЗЗд. Движение частиц в ламинароном потоке в вертикальной трубе. - Механика. Сборник переводов иностранной литературы. 1966, № I, с.91-101.

26. Зайцев Ю.В., Репин H.H., Дьячук А.И. Ошт применения газлифт-ного способа эксплуатации нефтяных скважин в СССР. - М.: Недра, 1970, - 232 с.

27. Зайцев Ю.В., Балакиров Ю.А. Добыча нефти и газа. М., "Недра", 1981, 384 с.

28. Зонтаг Г., Штренге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем. Л., "Химия", 1973, 152 с.

29. Классен В.Н., Мокраусов В.А. Введение в теорию флотации. М., "Металлургиздат", 1964, 464 с.

30. Кравченко П.П., Бабалян Г.А. Адсорбция ПАВ в процессах добычи нефти. М., "Недра", 1971, 153 с.

31. Крылов А.П. Потери трения и скольжения при движении жидкости и газа по вертикальным трубам. НХ, В 8, 1935, с.

32. Крылов А.П., Муравьев И.М. Эксплуатация нефтяных месторождений. - М., - Л.: Гостоптехиздат, 1949, - 776 с.

33. Крылов А.П., Лутошкин Г.С. Изучение'гидравлических сопротивлений и удельного веса смеси при работе воздушных подъемников в лабораторных условиях. 1£.ВНИИ, вып.13, 1958, с.42-45.

34. Кусаков М.М., Мекеницкая Л.И. О состоянии вода в нефтяном коллекторе. БХ, № 9, 1957, с.41-44.

35. Кутателадзе С.С., Леонтьев A.M. Теплообмен и трение в турбу

- 154 лентном пограничном слое. - М.: Энергия, 1972, - 342 с.

36. Лейбензон Л.С. Сборник трудов. Нефтепромысловая механика. Изд-во АН СССР, 1965, т.Ш, - 678 с.

37. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и вода к транспорту. - М.: Недра, 1972, - 325 с.

38. Мамаев В.А., Крапчук О.В. и др. Движение газожидкостных смесей в трубах. - М.: Недра, 1978, - 270 с.

39. Маскет М. Физические основы технологии добычи нефти. М., Гос-топтехиздат, 1953, 609 с.

40. Мирзаджанзаде А.Х. Воцросы гидродинамики вязко-пластичных и вязких жидкостей в нефтедобыче. Баку, АзНШТЕИЗДАТ, 1959, 409 с.

41. Мирзадаанзаде А.Х., Мирвоян A.A., Гевинян Г.М., Сеид-Рза М.К. Гидравлика глинистых и цементных растворов. М., "Недра", 1966, 300 с.

42. Мщ)заджанзаде А.Х., Сидоров H.A., Ширинзаде С.А. Анализ и проектирование показателей бурения. М., "Недра", 1976 , 238 с.

43. Мирзаджанзаде А.Х., Степанова Г.С. Математическая теория эксперимента в добыче нефти и газа. М., "Недра", 1977, 231 с.

44. Мирзаджанзаде А.Х., Караев А.К., Ширинзаде С.А. Гидравлика в бурении и цементирование нефтяных и газовых скважин, М.»"Недра", 1977, 240 с.

45. Мирзаджанзаде А.Х., Зайцев Ю.В., Кучин Б.Д. Методы повышения эффективности процессов добычи и транспорта газа. М.,"Недра", 1979, 238 с.

46. Муравьев И.М., Мищенко И.Т. Эксплуатация погружных центробежных электронасосов в вязких жидкостях и газожидкостных смесях. М., "Недра", 1969, 248 с.

47. Муравьев И.М., Репин H.H. Исследование движения многокомпонентных смесей в скважинах. М., "Недра", 1972, 208 с.

48. Муравьев И.М., Ямпольский Б.И. Основы газлифтной эксплуатации скважин. М., "Недра", 1973, 184 с.

49. Мод А.Д., Ерн Д.А. Миграция частиц в потоках суспензий. - Механика, Сборник переводов иностранной литературы. 1968, Л 3, с. 85-91.

50. Наджафов М.Г. 0 статистическом анализе влияния ПАВ на транспортирующую способность потока. Тезисы докладов Ш Всесоюзной научной конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче". Баку, 1981, с.30

51. Наджафов М.Г. Влияние добавок различных ПАВ на интенсивность газовыделения. В кн.: Особенности разработки морских нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Тематический сборник научных трудов АзИНШТЕХИМ. Баку,: АзИНБШЕХШ, 1981, с.ПО-Ш.

52. Наджафов М.Г. Диагностирование и повышение эффективности работы газлифтных скважин с применением спектрального анализа. В кн.: Диагностирование технологических процессов и принятие решений в нефтедобыче. Тем.сб.научн.тр. АзШШТЕХНМ. Баку,: АзИНЕФТЕХИМ, 1983, с.45-48.

53. Наджафов М.Г. 0 статистическом анализе влияния ПАВ на транспортирующую способность потока. Известия ВУЗов "Нефть и газ", 1984, № I, с.48-50.

54. Наджафов М.Г. Оценка новых методов воздействия на призабойную зону с применением спектрального анализа. Тезисы докладов 1У Всесоюзной научной конференции "Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче". Баку, 1984, с.90-91.

55. Непримеров Н.Н . Экспериментальное исследование некоторых особенностей добычи парафшистых нефтей. Изд-во Казанского университета, 1968, 152 с.

56. Пейсахов С.И., Касумзаде Ч.А. Исследование эффекта Сегре-Зильберберга в проницаемой трубе при закрутке газожидкостных потоков. Тематический сборник научных трудов АзИНШТЕ-ХИМ "Особенности разработки морских нефтяных, газовых и га~ зоконденсатных месторождений". - Баку, 1981, с.82-85.

57. Нирвердян A.M. К теории газожидкостного подъемника. Нефтяное хозяйство, 1951, Ш 4, с.7-13.

58. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных ) эмульсий. М., "Недра", 1982,221 с.

59. Применение поверхностно-активных веществ и других химреагентов в нефтедобывающей промышленности. М., "Недра", 1970, 311 с.

60. Применение полимеров в добыче нефти. М., "Недра", 1978, 213 с. Авт. Г.И.Григоращенко, Ю.В.Зайцев, В.В.Кукин, Ю.Г. Мамедов, А.Х.Мирзаджанзаде, А.М.Хасаев, И.А.Швецов.

61. Разработка месторождений при забойном давлении ниже давления насыщения/ Г.Г.Вахитов, В.П.Максимов, Р.Т.Булгаков и др. М., "Недра", 1982, 229 с.

62. Ребиндер П.А. Стабилизация дисперсных систем поверхностно-активныш веществами. ®Х, т.1, вып.4-5, 1930.

63. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика - новая область науки. Изд. "Знание", 1958.

64. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества и их применение. Хим.наука и пром., 1959, т.5, 554 с.

65. Репин H.H., Бабалян Г.А. К вопросу действия поверхностно-активных веществ на процесс лифтирования. "Нефть и газ", й 8, 1961, с.51-57.

66» Садыхзаде Э.С. м др. О влиянии влагосодержания на термодинамическую неравновесность процесса в газожидкостных системах. Изв.вузов "Нефть и газ", $ 10, 1967, с.37-40.

67. Сулейманов А.Б. Технология и техника эксплуатации скважин малого диаметра. Баку, Азернешр, I960, 224 с.

68. Фрумкин А.Н., Левин В.Г. О влиянии поверхностно-активных веществ на движение на границе жидких фаз. ШХ, вып.21, 10, 1947.

69. Хасаев А.М. Исследование многофазного потока в трубах с внутренним покрытием. НХ, № 10, 1970, с.52-55.

70. Хасаев A.M. К исследованию гидравлических соцротивлений при многофазном турбулентном потоке. АНХ, № 5, 1970, с.28-30.

71. Шварц А., Перри Дж., Берч Дж. Поверхностно-активные вещества и моющие средства. Пер. с англ., под. ред. А.Б.Таубмана. М., Издатинлит, I960, 555 с.

72. Шишенко Р.И., Есьман Б.И., Кондратенко Н.И. Гидравлика промывочных жидкостей. М., "Недра", 1976, 295 с.

73. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. - М.: Наука, 1969, -742 с.

74. Шоу С.Ф. Теория и практика газлифта. М., Гостоптехиздат, 1948.

75. О&ЖЬ&Л. JVaiubi, 1962, 194, 1269.

76. $а0тал Р. & Зо«ыга£ фfCcud МьапйО

А 540, 1956

77. $ед*е £ JWW7 & /W Месклт^ё-, /962, vol. Ц, 115, /56.

78. Павлов П.П. Применение поверхностно-активных веществ при добыче нефти. Баку, Азнефтеиздат, 1957, 43 с.