авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка технологий интенсификации добычи нефти на основе электрохимического и ионно-плазменного воздействий на минерализованные воды

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.276

На правах рукописи

Курамшин Юсуп Растямович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ

ДОБЫЧИ НЕФТИ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО

И ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ

НА МИНЕРАЛИЗОВАННЫЕ ВОДЫ

Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных
и газовых месторождений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2007Работа выполнена в НГДУ «Ямашнефть» ОАО «Татнефть»

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Хабибуллин Ильдус Лутфурахманович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Хисамутдинов Наиль Исмагзамович
кандидат технических наук Пияков Геннадий Николаевич
Ведущая организация Институт «ТатНИПИнефть», г. Бугульма

Защита состоится 15 ноября 2007 г. в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
(ГУП «ИПТЭР») по адресу : 450055, г. Уфа, пр. Октября, д.144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 10 октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основные нефтяные месторождения страны в настоящее время перешли на позднюю стадию разработки, характеризующуюся ухудшением структуры запасов, увеличением доли малодебитных скважин, ростом обводненности добываемой продукции, который накладывает особые экономические, технические и технологические требования к организации процесса добычи нефти. Постоянный рост затрат на извлечение, транспортировку, подготовку нефти и утилизацию попутной пластовой воды является неизбежным элементом, сопровождающим нефтедобычу. Современные технологии добычи нефти и применяемые принципы разработки месторождений не позволяют осуществлять добычу нефти без извлечения попутной пластовой воды.

В то же время пластовые воды, извлекаемые вместе с нефтью, после очистки и подготовки используются в системе поддержания пластового давления (ППД), являются основой растворов различных реагентов в технологических процессах обработки призабойной зоны пласта (ПЗП), интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи.

В связи с этим проблемы целенаправленного воздействия на попутные воды и эффективного их использования при реализации методов воздействия на призабойную зону пласта и увеличения нефтеотдачи представляют актуальную задачу.

При этом одним из эффективных направлений может быть использование комплекса технологий, основанных на электрохимическом (ЭХВ) или ионно-плазменном воздействии (ИПВ) на минерализованную пластовую воду и ПЗП. Особенностями этих технологий является то, что они применимы как на добывающих, так и на нагнетательных скважинах, а при воздействии на призабойную зону пласта позволяют сочетать положительные эффекты термических и ряда физико-химических методов. Электрохимическое и ионно-плазменное воздействия на минерализованную пластовую воду в системе заводнения нефтяных пластов позволяют получать активные водные растворы с необходимыми щелочными или кислотными свойствами без дополнительных химических реагентов, повышая экологическую безопасность технологий и обеспечивая защиту оборудования от коррозионного воздействия.

Цель работы научное обоснование и разработка методов электрохимического и ионно-плазменного воздействий на минерализованные сточные воды нефтяных месторождений для использования в технологических процессах нефтедобычи.

Основные задачи работы

  1. Анализ результатов внедрения физико-химических и термических методов увеличения нефтеотдачи пластов и обработки призабойной зоны скважин, обоснование необходимости создания новых и улучшения существующих методов, направленных на увеличение коэффициентов вытеснения и охвата.
  2. Проведение экспериментальных работ по изучению физико-химических процессов при электрохимическом и ионно-плазменном воздействиях на минерализованные сточные воды нефтяных месторождений.
  3. Проведение экспериментальных исследований по вытеснению нефти активными растворами, полученными в результате электрохимической и (или) ионно-плазменной обработок минерализованных вод.
  4. Разработка технологий электрохимического и ионно-плазменного воздействий на сточные воды нефтяных месторождений и на призабойную зону пласта.
  5. Опытно-промышленные испытания предложенных технологий, анализ их технологической, экономической и экологической эффективности.

Методы решения поставленных задач. При проведении экспериментальных исследований процессов электрохимического и ионно-плазменного воздействий использовались современные лабораторные методы: хроматография, рентгеноструктурный анализ и другие. Экспериментальное моделирование процессов вытеснения нефти водой осуществлялось с использованием критериев подобия. При оценке эффективности предложенных технологий в промысловых условиях проводились гидродинамические и геофизические промысловые исследования.

Научная новизна

Разработаны научные и технологические основы электрохимического и ионно-плазменного воздействий на минерализованные сточные воды нефтяных месторождений и на призабойную зону пласта.

Экспериментально установлена возможность получения активных растворов с щелочными или кислотными свойствами на основе ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды нефтяных месторождений.

Фильтрационными исследованиями показано, что использование активных водных растворов, полученных с помощью ЭХВ и (или) ИПВ на минерализованные воды, способствует повышению коэффициента нефтевытеснения и целенаправленному изменению коллекторских свойств пористых сред.

Предложена методика электрохимического воздействия против солеотложений и для защиты подземного оборудования от коррозии.

Практическая ценность и реализация результатов работы

  1. Предложены новые технологии интенсификации добычи нефти, основанные на электрохимическом и ионно-плазменном воздействиях на минерализованные пластовые воды нефтяных месторождений. Разработаны рекомендации по применению для обработки добывающих и нагнетательных скважин активных растворов, получаемых при ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды.
  2. Результаты работы использованы при обработке призабойной зоны скважин НГДУ «Ямашнефть», «Джалильнефть», «Альметьевнефть» ОАО «Татнефть» и в СП «Ватойл». Внедрение разработанных технологий в НГДУ «Ямашнефть» позволило получить дополнительно 11,6 тыс. тонн нефти. Экономический эффект составил 2,422 млн руб.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических советах ОАО «Татнефть» и НГДУ «Ямашнефть» (2001-2006 гг.), на научных семинарах АН Республики Башкортостан, УГАТУ и БашГУ.

Публикации и личный вклад автора. По материалам диссертационной работы опубликованы 10 печатных работ и получены 5 патентов РФ. В диссертационных исследованиях автору принадлежат постановка задач работы, их решение, анализ полученных результатов и организация внедрения результатов работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 100 наименований. Она изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 59 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе рассмотрены теоретические основы электрохимического и ионно-плазменного воздействий на минерализованные воды нефтяных месторождений.

Пластовые воды, добываемые с нефтью, содержат значительное количество растворенных минеральных солей. Основную долю растворенных веществ составляют хлориды натрия, магния, кальция. Помимо хлоридов пластовые воды могут содержать значительное количество гидрокарбонатов кальция и магния. Кроме них могут присутствовать иодистые и бромистые соли щелочных и щелочноземельных металлов, сульфиды натрия, железа, кальция, соли ванадия, мышьяка, германия и др. Таким образом, промысловые воды нефтяных месторождений представляют неоднородный водный раствор с высокой минерализацией, и поэтому при прохождении тока в них протекают сложные процессы электрохимических превращений.

При этом важнейшей характеристикой электрохимических процессов является вольт-амперная характеристика. На качественной вольт-амперной характеристике (рисунок 1) можно выделить 3 участка.

1. Участок ОА характеризуется постоянным электрическим сопротивлением и описывается линейной зависимостью между током в электролитной ячейке I и напряжением U. На этом участке происходит процесс обычного электролиза.

2. На участке АБ происходит переходный процесс. При этом наблюдается уменьшение силы тока в режиме резких пульсаций. Это связано с кипением электролита и отдельными разрядами в нем.

3. Участок БВ характеризуется наличием устойчивой парогазовой оболочки вокруг активного электрода, при этом изменения тока незначительны. Образование устойчивого сплошного газового слоя приводит к возникновению микроразрядов в объеме слоя, что свидетельствует о зажигании плазмы.


  Качественная вольт-амперная характеристика электрических процессов в-0

Рисунок 1

Качественная вольт-амперная характеристика

электрических процессов в водных растворах электролитов

Режим, соответствующий участку ОА, можно назвать электрохимическим воздействием, а режим, соответствующий участку БВ, – ионно-плазменным воздействием.

В основе ЭХВ на минерализованную воду лежат электролиз водного раствора, сопутствующие электрохимические процессы и нагрев как конечных продуктов электролиза, так и самого раствора. Сущность ЭХВ заключается в окислительно-восстановительных реакциях на соответствующих электродах. Количественно процесс электролиза характеризуется законами Фарадея.

Пластовые воды представляют собой растворы различных солей, при электролизе очередность конкурирующих процессов на аноде и катоде определяется затратами энергии. В первую очередь происходят реакции, требующие наименьших энергетических затрат. Поэтому состав продуктов окисления на аноде и восстановления на катоде в определяющей степени зависит от состава электролита.

Для электролиза используются нерастворимые и растворимые аноды. Нерастворимые аноды изготавливают из угля, графита, платины. Растворимые аноды изготавливаются из меди, серебра, цинка, кадмия, никеля, железа и др. Основное отличие процессов электролиза с растворимыми анодами заключается в том, что в процессе электролиза происходит окисление металла анода, и ионы металлов, входящих в состав анода, вступают в реакции с ионами раствора и могут восстанавливаться на катоде.

Поскольку минерализация пластовых вод в преобладающей степени определяется хлоридом натрия, подробно рассмотрены материальный и энергетический балансы ЭХВ и расчет параметров забойного электротермохимического генератора на примере электролиза водного раствора хлористого натрия.

При электролизе водного раствора хлорида натрия на аноде выделяется хлор, на катоде водород и гидроксильные ионы OH-, которые, соединяясь с ионами натрия, образуют щелочь NaOH. При этом также образуется смесь паров воды, хлора и водорода, которая в зависимости от условий проведения электролиза может быть как в виде парогаза, так и в виде водного раствора соляной кислоты.

Важными характеристиками получаемых веществ являются их количество (масса и объем), температура, концентрация щелочи в водном растворе. Эти выходные параметры в определяющей мере зависят от входных параметров: силы тока и напряжения, концентрации, температуры и расхода электролита.

Важным параметром при ЭХВ на минерализованные воды является водородный показатель pH, который характеризует концентрацию (активность) ионов водорода в растворах:

= lg [H+],

где [H+] – молярная концентрация ионов водорода.

Показано, что, согласно закону Фарадея, количество электричества, необходимое для изменения pH раствора на величину , определяется по формуле

где и молярная масса и электрохимический эквивалент ионов гидроксила OH-; М = 17 г/моль; Е = 1,7610-4 г/Кл; I сила тока, А; t время, ч.

Полагая pH = 4, из последней формулы находим количество электричества, необходимое для получения раствора с pH = 11:

Если необходимо получить 1 м3 раствора щелочи с = 11, то потребуется 2,68 количества электричества. При напряжении U = 5 В, которое обеспечит рассматриваемый электрохимический процесс, и выходе по току равном 90 %, расход электроэнергии составляет:

.

При необходимости получения раствора термощелочи следует увеличить напряжение или силу тока, при этом соответственно увеличивается расход электроэнергии.

Под электротермохимическим генератором подразумевается специальное устройство, расположенное в забое или на устье скважины, в котором под действием тока происходят разложение минерализованной воды и электролитный нагрев с образованием водного раствора щелочи и парогазовой смеси.

Для исходных данных: давление на забое скважины P = 80 атм; пористость и мощность обрабатываемой зоны пласта m = 0,2; h = 2 м; температура электролита, поступающего в генератор, T = 20 °C; сила тока и напряжение в генераторе I = 80 А, U = 120 В; выход по току = 0,9; время работы генератора t = 12 часов; расход электролита через генератор qэ = 8 м3/сут; массовая концентрация солей в электро-лите С = 10 % расчетные выходные параметры обработки ПЗП электротермохимическим генератором равны: повышение температуры 22,7 0С; водородный показатель получаемого раствора ; радиус обработки призабойной зоны пласта раствором щелочи RNaOH = 1,78 м.

Электрический разряд в электролитах является источником низкотемпературной плазмы. Признаком, отличающим систему ИПВ от классической электрохимической, является появление межфазной границы плазма-раствор. На этой границе проявляются два следующих механизма воздействия плазмы на раствор электролита:

  • рекомбинация инжектированных из плазмы зарядов с противоположно заряженными ионами раствора приводит к образованию химически активных частиц или накоплению зарядов в растворе;
  • инжектируемые из плазмы ионы, ускоренные в области межфазного скачка потенциалов, достигающего 600…800 В, в поверхностном слое электролита инициируют активационные радиационно-химические процессы.

Согласно рисунку 1, при увеличении напряжения в реакционной зоне воздействия на минерализованную воду происходит рост значения тока, связанный с электролитическими процессами. При достижении температуры электролита 50 0С и выше, напряжения U = 40…80 В на поверхности анода происходят пузырьковое газообразование и кипение, сопровождаемые скачкообразными изменениями тока и напряжения и появлением отдельных одиночных разрядов в парофазных пузырьках. При дальнейшем увеличении напряжения продолжается нагрев электролита и анода, устанавливается пленочное кипение. Вокруг анода образуется пленочная парофазная оболочка, в которой наблюдается объемное стабильное свечение, реализуется режим ИПВ, который сопровождается снижением силы тока.

Вышеуказанные процессы являются сложными, неоднозначными, и несмотря на множество исследований многие вопросы недостаточно изучены. Это создает определенные трудности при расчетах, математическом моделировании и оптимизации этих процессов. Слабо изучены ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды, что усложняется их многокомпонентностью и нестабильностью процентного содержания элементов. Не исследованы возможности зажигания плазмы в жидкой среде, особенно при давлениях, превышающих атмосферное.

Поэтому необходимыми являются экспериментальное исследование процессов ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды и сравнение экспериментальных данных с теоретическими. Этому посвящена вторая глава диссертации.

Исследования процессов, происходящих при электрохимическом воздействии на минерализованную воду, проводились в лабораторных условиях. В качестве электролита на первом этапе исследований использовался водный раствор хлорида натрия. На втором этапе в качестве электролитов использовались воды нефтяных месторождений. Лабораторные исследования проводились на специально разработанных экспериментальных установках, основными элементами которых являются источник тока, емкость с электролитом и измерительное оборудование (термометр, вискозиметр, манометр, РН-метр, газовый счетчик, газовый хроматограф, установка рентгеноспектрального анализа, плотномер, приборы для определения минерализации электролита ).

Результаты экспериментов показывают, что при неизменном напряжении сила тока со временем убывает. Это объясняется уменьшением электропроводности раствора за счет ряда факторов (уменьшения в процессе электролиза минерализации электролита, образования в объеме электролита пузырьков газа и др.). Причем уменьшение электропроводности за счет этих факторов больше, чем ее увеличение за счет роста температуры. Скорость роста температуры для больших значений напряжения выше, что соответствует закону Джоуля-Ленца.

Объем образующихся газов линейно увеличивается во времени и тем быстрее, чем больше напряжение (рисунок 2). Сравнивая экспериментально полученные объемы газа с расчетными объемами, можно отметить, что первые на 8…16 % меньше. Таким образом, выход по току для газов составляет около 90 %, что соответствует исследованиям других авторов.

Рисунок 2

Зависимость объемов газов от времени воздействия
и напряжения



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.