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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

На рисунке 3 приведены вольт-амперные характеристики процесса при различных давлениях (Р = 0,1; 0,5 МПа). Вольт-амперная характеристика процесса имеет нелинейный характер. Очевидно, это связано с ростом газонаполнения электролита, что приводит к изменению проводимости межэлектродной среды. С увеличением давления степень нелинейности уменьшается, что соответствует снижению газонаполнения за счет уменьшения размеров пузырьков газа и увеличения их растворимости.

  Зависимость силы тока от приложенного напряжения при различных давлениях-15

Рисунок 3

Зависимость силы тока от приложенного напряжения при различных давлениях

Установлено, что водородный показатель вначале быстро растет (до значений pH = 9…11), причем тем быстрее, чем больше напряжение, а в дальнейшем происходит его стабилизация.

Для определения режимов зажигания плазмы в пластовой и сточной водах проведены стендовые испытания. Для визуального наблюдения за загоранием плазмы на первом этапе использована схема зажигания плазмы в модели пластовой воды в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении. Предварительные опыты проводились с целью подбора значений тока и напряжения начала зажигания плазмы, после чего были проведены два варианта испытаний с использованием источников постоянного тока (аппаратуры ИПБ-50,0 мощностью 50 кВт и станции катодной защиты КСЭР-0,2-30 мощностью 3,6 кВт).

Первый вариант испытаний проводился в металлической колонке внутренним диаметром 70 мм, в которую наливали 1,2 л модели пластовой воды (20 г/л NaCl в дистиллированной воде) и опускали металлический электрод-анод. Изменение силы тока составило от 0 до 480 А при изменении напряжения до 160 В. Потребляемая мощность достигала 80 кВт. Через 80 секунд давление в колонке было 40 атм, сопротивление цепи от анода к катоду 16,8 Ом. После обработки сопротивление снизилось до 9,8 Ом. В процессе ИПВ наблюдали интенсивное кипение воды и появление пены с темными (рыжими) хлопьями продуктов ИПВ. Внешняя колонка нагрелась до 60 °С. Активный раствор после ИПВ при температуре 20 0С имел плотность 1,02 кг/м3, pH = 6,82.

Хроматографический анализ газов выполнен с помощью детектора по теплопроводности на аргоне. Анализ хроматограммы газов, выделившихся в ходе ИПВ, выявил следующий состав: CO2 – 1,096 %, H2 – 59,538 %, O2 – 8,944 %, N2 – 30,422 %.

Осадок, полученный в активном растворе, был подвергнут рентгеноспектральному анализу на аппаратуре «Philips PV 2400». Осадок состоит в основном из солей железа, полученных в результате растворения анода. В составе окисленных металлов содержится железа 88,2 %, натрия 4,56 %, марганца и меди по 0,3 %, кремния и хрома по 0,2 %, никеля и других металлов менее 0,1 %.

Выявлен характер изменения температуры и давления в закрытой емкости при ИПВ на раствор NaCl в зависимости от времени воздействия. Опыты проводили в бомбе РVT емкостью 1,6 литра, в которой находился 20 %- ный водный раствор NaCl в количестве 1,5 литра. Начальное значение тока равнялось 9 А при напряжении 27 В, конечное значение тока – 2,5 А при том же напряжении. Характер изменения давления в зависимости от времени ИПВ показан на рисунке 4. Температура раствора при исходном атмосферном давлении была 26 0С. Температура за время испытания (120 с) достигла 80 0С, давление 100 атм, а после остывания бомбы температура снизилась до 26 0С, давление при этом равнялось 16 атм.

Во втором варианте испытаний для наблюдения за плазмой использовался стеклянный сосуд объёмом 1000 мл, в который помещались металлические электроды. В качестве электролита использовался водный раствор хлорида натрия концентрацией 20 г/л.

Процесс плазменного воздействия наблюдался в течение 10 минут в виде объемного свечения вокруг анода. В начальный момент было подано напряжение 17,5 В, при этом установился ток 25 А. При увеличении напряжения до 45…50 В вокруг анода происходило интенсивное газовыделение, электролит достаточно быстро нагревался. При достижении значения тока 52 А (температура раствора 60…65 0С) около анода начались одиночные искровые разряды, что служило сигналом зажигания плазмы. Через некоторое время (2…3 минуты) вокруг анода установилось искровое свечение, значение тока снизилось до 7 А, а затем и до 2 А при напряжении 60 В. При этом наблюдали красно-желтое свечение, которое затемнялось продуктами электролиза и пузырьками пара и газов. Потеря веса анода составила 1,5 г. В результате ИПВ получен темный раствор, содержащий взвешенные тонкодисперсные частицы, которые со временем выпадают в осадок.

  Зависимость давления от времени ИПВ на раствор в бомбе PVT Исследование-16

Рисунок 4

Зависимость давления от времени ИПВ на раствор в бомбе PVT

Исследование возможностей ЭХВ и ИПВ проводилось также на пластовых водах нефтяных месторождений. При этом отрабатывались различные режимы воздействий, в частности отдельно электрохимическое или ионно-плазменное воздействие, последовательное и последовательно-параллельное их воздействия.

Анализ результатов ЭХВ и ИПВ подтверждает, что в исходной воде происходят качественные и количественные изменения. Так, содержание хлора уменьшается на 23…14 %, кальция на 21…8,5 %, а общая минерализация изменяется на 23…16 %. В зависимости от технологических режимов воздействия в одной и той же минерализованной воде без дополнительных химических реагентов можно получить как кислотную среду (pH до 2,09), так и щелочную среду (pH до 10,6). Особо следует подчеркнуть, что ни в одном из опытов не использовалась диафрагма для разделения кислотной и щелочной сред. Режимы обработки влияют на величину и состав осадков, которые существенно отличаются друг от друга.

Результаты исследований также показали способность активных растворов, полученных после обработки как с инертными анодами, так и с помощью растворимых анодов, длительно сохранять достигнутые значения водородного показателя. В работе показана возможность получения активных водных растворов с помощью ЭХВ и (или) ИПВ на минерализованные воды нефтяных месторождений, обладающих различными свойствами и пригодными для очистки призабойной зоны скважин и воздействия на пласт. Существенным достоинством этих технологий является то, что минерализованная вода месторождений без внесения в нее дополнительных химических реагентов в результате ЭХВ или ИПВ превращается в активный водный раствор с преобладающими кислотными или щелочными свойствами.

В третьей главе изложены результаты фильтрационных исследований активных растворов после ЭХВ и ИПВ. При этом основными задачами исследований было определение коэффициента вытеснения нефти из моделей пористой среды, а также исследование влияния различных режимов закачки активных растворов на коллекторские свойства пористых сред.

Установка, использованная на первом этапе, состоит из электролизера, емкости для электролита, преобразователя тока, кернодержателя, лабораторного газосчетчика, мерника для вытесненной нефти, рН-метра, мерной емкости для щелочи. Водный раствор хлорида натрия исследуемой концентрации заливается в герметичный электролизер. При пропускании электрического тока происходят электролитические процессы разложения водного раствора хлорида натрия, образуются газы и щелочной раствор. Процесс идет с повышением давления и температуры (см. главу 2). Образующиеся в процессе ЭХВ парогаз, пар и щелочной раствор последовательно направляются в кернодержатель, заполненный нефтенасыщенной пористой средой. До начала экспериментов были определены пористость и проницаемость по воде модели пласта. Средняя пористость модели составляла 0,22, средняя проницаемость 1,25 Дарси. Остаточная водонасыщенность составила 0,28. Модель пористой среды насыщалась нефтью.

После достижения в электролизере необходимых значений давления и температуры начинается вытеснение нефти из пористой среды парогазом. После прорыва газа через кернодержатель начинался второй этап исследования. Линия парогаза закрывается, и в пористую среду из электролизера поступает термощелочной раствор. Фильтрация парогаза и щелочного раствора на первом и втором этапах опытов осуществлялась при одном и том же перепаде давления в кернодержателе, равном в среднем 0,3 кг/см2. Результаты опыта (рисунок 5) показывают, что закачкой парогазовой фазы продуктов разложения минерализованной воды можно достичь значения коэффициента нефтевытеснения, равного 41 %, последующая закачка щелочного раствора приводит к его увеличению до 91 %. Такой высокий коэффициент нефтевытеснения обеспечивается за счет того, что парогазовая фаза и активный раствор щелочи имели достаточно высокую температуру около 70 оC. Кроме того, раствор щелочи обладает поверхностно-активными свойствами, что способствует снижению поверхностного натяжения нефти. Таким образом, установлен факт увеличения коэффициента нефтевытеснения от воздействия разных фазовых составляющих продуктов электролиза минерализованной воды.

Рисунок 5

Зависимость коэффициента нефтевытеснения Кнв от вида

и объема вытесняющих агентов

Экспериментальные исследования закупоривающей способности осадков проводились на насыпной модели. С целью изучения возможности регулирования процесса вытеснения нефти в качестве осадкообразующего агента использовался активный раствор, полученный электрохимической обработкой пластовой воды без отстаивания осадка. Установлено, что при закачке раствора с электролитными осадками наблюдаются значительное (более чем в два раза) увеличение перепада давления и, соответственно, уменьшение коэффициента подвижности. Поскольку вязкости сточной воды и активного щелочного раствора различаются незначительно, то результаты экспериментов можно интерпретировать как уменьшение проницаемости модели пласта за счет осаждения и закупоривания пор осадками. Таким образом, доказана возможность использования активных водных растворов, полученных ЭХВ и ИПВ на пластовые смеси и воды, в комплексе потокоотклоняющих технологий для регулирования подвижности пластовых флюидов за счет целенаправленного изменения проницаемости и пористости.

Фильтрационные исследования вытеснения нефти активными растворами после ИПВ проводились в несколько этапов. Алгоритм экспериментальных исследований включает следующие этапы:

1. испытание «вода-вода»;

2. испытание «нефть-вода-вода»;

3. испытание «вода-вода» на низкопроницаемых кернах;

4. испытание «вода-нефть-вода».

Этап 1. На этом этапе выполнялись фильтрационные исследования с использованием активного раствора, полученного после ИПВ, с целью определения нефтеотмывающей способности и влияния на фазовую проницаемость. Для фильтрационных испытаний использовались два стандартных цилиндрических образца керна пласта БС 10 Тевлинско-Русскинского месторождения и три вида воды, подвергнутой ИПВ:

  • активный раствор без осадка (ИПВ б/о);
  • активный раствор с осадком (ИПВ ж/э), полученный при ИПВ с анодом из стали Ст 3;
  • активный раствор с осадком (ИПВ н/э), полученный при ИПВ с анодом из нержавеющего сплава.

Результаты опытов на образцах высокопроницаемых кернов показали, что закачка активного раствора после ИПВ не приводит к снижению проницаемости несмотря на наличие взвешенных в воде частиц.

Этап 2. На этом этапе проведены фильтрационные исследования на кернах средней и низкой проницаемости. Закачка активного раствора с осадком так, чтобы осадок поступал в поры керна впереди активного раствора, приводит к кратному увеличению фактора сопротивления (рисунок 6). Последующая прокачка воды восстанавливает первоначальную величину фактора сопротивления для высокопроницаемых (176 мД) и частично для низкопроницаемых (17,6 мД) образцов кернов.

  Зависимость фактора сопротивления от объемов прокачки разных вод через 100-18

Рисунок 6

Зависимость фактора сопротивления от объемов прокачки разных вод через 100 % водонасыщенный керн с Кпр = 173 мД

Закачка активного раствора с взвешенными частицами в низкопроницаемые керны (5,8 мД) с начальной нефтенасыщенностью 0,319 приводит к увеличению фактора сопротивления в 1,7 раза, а последующая закачка обычной минерализованной воды снижает фактор сопротивления на 10 %. В кернах большей проницаемости (106 мД, 342 мД) увеличение фактора сопротивления намного больше. Активные растворы, полученные ИПВ на сточные воды, с осадком и без осадка приводят к заметному увеличению коэффициента нефтевытеснения (рисунок 7).

  Изменение коэффициента вытеснения нефти в зависимости от закачки разных-19

Рисунок 7

Изменение коэффициента вытеснения нефти
в зависимости от закачки разных вод в керны с Кпр = 342 мД

В четвертой главе приведены описания предложенных технологий, результаты опытно-промысловых испытаний ЭХВ и ИПВ на воды нефтяных месторождений.

На основе исследования возможностей электрохимических и плазмохимических процессов впервые в практике нефтяной отрасли предложены комплексные методы ЭХВ и ИПВ на минерализованные воды нефтяных месторождений и на призабойную зону, которые лежат в основе комплекса технологий, позволяющих электролитическое, электрохимическое, ионно-плазменное и термическое воздействия на минерализованную скважинную смесь или сточную минерализованную воду. Особенностью технологий является то, что энергия технологического воздействия вводится в реагирующую среду с помощью электрического тока. Состав электролита, его свойства, виды и конструкции электродов, технологические режимы (напряжение, сила тока и т.п.) обеспечивают условия, необходимые для процесса электролиза или же для зажигания и поддержания плазмы в исследуемых средах.

Первый вариант технологий включает электрохимические или ионно-плазменные воздействия непосредственно на забое скважины. Для этого в зону перфорации скважины опускается специальный скважинный генератор, который может работать как в режиме ЭХВ, так и в режиме ИПВ. В конструкции генератора применяются электроды, являющиеся анодом, из сплавов, специально подбираемых в зависимости от конкретных условий обрабатываемой скважины: состава минерализованной воды, толщины пласта, давления в забое и т.д.

В результате ЭХВ или ИПВ происходят нагрев (до 60…120 0С) скважинной жидкости в зоне перфорации и призабойной зоне пласта, образование активного раствора, обладающего щелочными или кислотными свойствами. Этот раствор в ПЗП приводит к растворению асфальтосмолистых отложений, снижению вязкости нефти и сил поверхностного натяжения между породой и нефтью. Дальнейшая прокачка активного раствора в пласт увеличивает зону охвата, способствуя вовлечению в разработку его новых участков. Химическое взаимодействие активного раствора со средой происходит при повышенной температуре, что повышает его эффективность.

Вторым вариантом технологий является ЭХВ или ИПВ на минерализованную сточную воду месторождений в наземных условиях, в результате которого без дополнительных химических реагентов можно получить либо щелочной раствор с рН = 9…10 и содержанием щелочи в жидкости до 10 %, либо кислотный раствор с содержанием кислот типа HCl, H2CO3 и др. концентрацией до 1,5 % и pH = 1. Свойства и состав получаемых растворов зависят от минерализации воды и режимов воздействия. Получаемые растворы используются либо для промывки самой скважины и подземного оборудования, либо для закачки через нагнетательные скважины в пласт.

Исследования проводились на установке, разработанной и смонтированной на территории подготовки и закачки сточной воды ДНС-8 промысла № 4 НГДУ «Ямашнефть» ОАО «Татнефть». Установка предназначена для ЭХВ и ИПВ на минерализованную воду с целью получения активного водного раствора. Активный раствор предназначен для использования в опытных работах по воздействию на ПЗП добывающих скважин, а также для закачки в пласт через нагнетательную скважину.

Установка состоит из блока ЭХВ и ИПВ, емкости для сбора активного раствора, емкости для утилизации газов. Плазмохимические и электрохимические реакции «организуются» в межэлектродном пространстве блока ЭХВ и ИПВ, длительность воздействия и обеспечение необходимых свойств активного раствора определяются скоростью прокачки сточной воды, которая регулируется и контролируется расходомером.

Эксперименты проводились при разных расходах сточной воды при проточной схеме ее подачи. В ходе экспериментов определялись:

  • химический состав и рН исходной воды и активного раствора;
  • температура исходной воды и активного раствора;
  • время воздействия;
  • значения напряжения и тока в межэлектродном пространстве.

Основной объем подготовленного активного раствора был получен с анодом на основе оксида рутения и титана (ОРТА), который обладает большим выходом по току активного хлора и высокой коррозионной устойчивостью по сравнению с графитовыми электродами. Это позволяет осуществлять ЭХВ и ИПВ при более низких значениях напряжения на электродах и обеспечивать большие значения pH.

Сравнение результатов химического анализа исходной воды и активного раствора показало существенное изменение процентного содержания ионов и pH. Полученный активный раствор в дальнейшем был использован для промывки добывающей скважины и обработки призабойной зоны пласта.

Необходимая для проведения ЭХВ или ИПВ на призабойную зону нефтяной скважины компоновка оборудования включает в себя трансформатор, преобразователь тока, станок-качалку, водовоз, плюсовой и минусовой кабели, НКТ, поднасосный фильтр, изоляторы, забойный генератор и кабель типа КПБП. Преобразователь тока представляет источник постоянного тока с регулируемым напряжением мощностью 15…30 кВт.

Разработаны несколько типов забойных генераторов, защищенных авторскими свидетельствами на полезную модель.

Промышленная апробация предложенных технологий проводилась на 31 скважине ОАО «Татнефть», Ватьеганского и Тевлинско-Руссинского месторождений Западной Сибири. Из 25 скважин НГДУ «Ямашнефть» и «Джалильнефть» ОАО «Татнефть» положительный эффект (увеличение дебита нефти) получен на 21 скважине. Продолжительность эффекта составила от 41 до 1370 суток. При этом среднесуточный дополнительный объем добычи нефти по скважинам изменялся в пределах от 0,106 до 4,960 тонн. Среднесуточный дополнительный объем добычи нефти по скважинам Западной Сибири составил 2,1 тонны.

Сравнительный анализ затрат на проведение обработок показывает предпочтительность применения ЭХВ и ИПВ, так как затраты на проведение данных технологий в 1,62 раза меньше затрат на создание каверн, в 1,58 раза меньше затрат на НСКВ.

В пятой главе рассмотрены другие возможности применения электрохимических технологий в нефтедобыче.

Принципы ЭХВ и ИПВ на воду можно использовать в технологиях очистки вод, используемых для поддержания пластового давления.



Pages:     | 1 || 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.