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 |

Магнитодинамическая коагуляция механических примесей при подготовке воды для системы поддержания пластового давления

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 622.276.4





Мусаев Михаил Викторович



магнитодинамическая коагуляция механических примесей при подготовке воды для системы поддержания пластового давления

25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа-2011

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика»).

Научный руководитель: доктор технических наук

Шайдаков Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Карамышев Виктор Григорьевич

кандидат технических наук

Васильев Александр Алексеевич

Ведущая организация: Государственное автономное научное учреждение Институт нефтегазовых технологий и новых материалов АН РБ, г. Уфа

Защита диссертации состоится 25 марта 2011 года в 1400 часов в конференц-зале на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г. Уфа, ул. 8-ое Марта, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан 24 февраля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор химических наук Д.А. Хисаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Сейчас в России на шельфе добывается всего около 3% нефти и наша страна не является лидером в этой области. Мировые же тенденции таковы, что нефтедобыча с континента все больше перемещается на шельф и, следовательно, необходимо создание новых и совершенствование уже существующих технологий и оборудования, на основе опыта разработки месторождений, расположенных на материке. При создании данных технологий и оборудования необходимо учитывать повышенные экологические требования, климатические условия, ограничения площади для размещения оборудования.

Интенсивно разрабатывается Сахалинский шельф, на котором можно выделить Пильтун-Астохское месторождение, в разработке которого задействована платформа «Моликпак». Одной из проблем, требующей в перспективе своего решения на данной платформе, является подготовка воды для системы поддержания пластового давления. Использование морской воды требует тщательной ее подготовки, очистки от механических примесей в условиях ограниченного пространства платформы. Химическая обработка, вследствие дороговизны реагентов и недостаточной эффективности, требует своего развития и дополнения физическими методами, в частности, получающим все большее распространение методом магнитодинамического воздействия. Так, устройства магнитной обработки воды имеют комплексное воздействие: предотвращают отложения неорганических солей, повышают эффективность действия реагентов, в том числе биоцидов, а также удаляют механические примеси. И очень важно, что данные устройства должны быть компактны и просты в эксплуатации. Сложность проведения промышленных испытаний на платформе требует апробации созданных технологий и технических средств на месторождениях, расположенных на материке.

Целью диссертационной работы является обоснование параметров магнитодинамического воздействия на механические примеси в потоке жидкости и разработка технологии и технических средств очистки воды для системы ППД.

Объект исследования Технология подготовки воды для системы поддержания пластового давления.

Предмет исследования Качество воды, используемой для системы поддержания пластового давления.

Основные задачи исследования

1. Анализ эффективности системы водоподготовки на платформе «Моликпак» и перспектив ее развития по мере разработки Пильтун-Астохского месторождения.

2. Разработка технологических основ магнитодинамического воздействия на механические примеси в потоке жидкости при подготовке воды с целью очистки ее от механических примесей.

3. Совершенствование технологии подготовки воды на платформе «Моликпак» с использованием магнитодинамического воздействия.

Методы исследования Поставленные задачи решались с использованием аналитических, лабораторных и промысловых методов исследования.

Научная новизна

1. Впервые, на основе динамической модели взаимодействия частицы с поверхностью постоянного магнита в потоке жидкости, аналитически установлено влияние режима течения на процесс коагуляции, в частности, переход от ламинарного режима течения жидкости у поверхности постоянного магнита к турбулентному меняет условия закрепления частицы на поверхности постоянного магнита и начала процесса коагуляции.

2. Экспериментально установлено, что наличие в очищаемой воде нефтепродуктов способствует формированию на поверхности постоянных магнитов агломератов механических примесей в 5-10 раз больших, чем без нефтепродуктов и при прочих равных условиях.

Основные защищаемые научные положения

1. Условия закрепления частиц на поверхности постоянного магнита в зависимости от режима течения жидкости.

2. Влияние нефтепродуктов в воде на укрупнение агломератов механических примесей, образующихся на поверхности постоянных магнитов.

3. Технология одновременной очистки воды от механических примесей и нефтепродуктов при магнитодинамической коагуляции.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность результатов основана на использовании общепризнанных апробированных методик; базовых понятий и принципов теории и практики эксплуатации нефтяных месторождений, общей физики, а также на результатах внедрения разработок на предприятиях нефтегазовой отрасли.

Практическая значимость и реализация работы

Разработаны и приняты к использованию на нефтедобывающей платформе «Моликпак» «Рекомендации по очистке вод для системы ППД» (справка от 12.05.2009 г.). Магнитные коагуляторы по патентам № 69859, № 71976 изготовлены Инжиниринговой компанией «Инкомп-Нефть» в соответствии с ТУ 3667-001-45213414-2005, сертификатом соответствия Госстандарта России № РОСС RU. АЯ36. В26367 и внедрены в Уфимском управлении по добыче нефти и газа Акционерной нефтяной компании «Башнефть, ОАО «ТатРИТЭКнефть», ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз».

Личный вклад автора Постановка задач, анализ существующих технологий, аналитические и лабораторные исследования и обобщение их результатов.

Апробация работы

Работа обсуждалась и докладывалась на технических советах Инжиниринговой компании «Инкомп-Нефть» (22.08.2008 г., 13.03.2009 г., 28.05.2010 г., г. Уфа), Sakhalin Energy Investmen Company LTD (17.04.2009 г., г. Южно-Сахалинск), ОАО «Самотлорнефтегаз» (24.10.2008 г., г. Нижневартовск), семинаре «Осложненные условия эксплуатации нефтепромыслового оборудования. Методы борьбы с коррозией» (18.05.2010 г., г. Уфа), организованном экспертным советом по добыче нефти; IV Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия» (Москва, 2008); III, IV и V Международных учебно-научно-практических конференциях «Трубопроводный транспорт» (секция «Промысловые трубопроводы») (Уфа, 2007, 2008, 2009); Международной практической конференции «Механизированная добыча» (Москва, 2009).

Публикации Основное содержание диссертации изложено в 12 печатных работах, в том числе в 9 статьях и тезисах докладов. В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, опубликованы 3 статьи, получено 3 патента.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, включает 130 стр. машинописного текста, 44 рисунка, 16 таблиц, список использованных источников из 156 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования, научная новизна, основные защищаемые положения и показана практическая значимость работы.

В первой главе представлены особенности разработки и эксплуатации месторождений нефти сахалинского шельфа. В работе рассматривается подготовка воды для системы ППД на платформе «Моликпак», с которой ведется промышленная добыча нефти на Астохском участке Пильтун-Астохского месторождения. Суточная добыча нефти – 15 000 м3, воды – 4 770 м3 и газа - 2.04 млн. м3 (второе полугодие 2009 г. – первое полугодие 2010 г.).

Было выделено три периода эксплуатации системы ППД: 1) закачка газа, 2) закачка морской воды, 3) закачка смешанных пластовой и морской вод. При закачке газа существенных проблем не возникало. Закачка газа компенсировала 40% отбора нефти, но не обеспечивала возможности максимальной добычи нефти.

Поддержание пластового давления путем нагнетания воды позволяет увеличить извлечение нефти за счет полной компенсации отбора нефти и газа. На данном этапе для разработки залежей Астохской площади принято использование для заводнения очищенной и отфильтрованной морской воды. Продолжительное нагнетание воды, начавшееся в 2002 г., привело к росту темпа добычи попутной воды. При достижении объемов добычи пластовой воды 1590 м3/сут. (ориентировочно к началу 2011 г.), вода должна будет проходить обработку, очистку от углеводородов и далее смешиваться в деаэраторе с морской и закачиваться в пласт. При использовании для заводнения морской воды существуют следующие проблемы, связанные с ее составом: 1) высокое содержание макро- и микроорганизмов (общее число бактерий может быть до 103 мл-1); 2) высокое содержание растворенного кислорода (9,02 - 10,47 мг/л); 3) высокая скорость коррозии (1-2 мм/год).

При использовании для заводнения совместно морской и пластовой вод возможно образование нерастворимых соединений - сульфатов и карбонатов. Обращает на себя внимание несколько высокое содержание стронция в морской воде, так как сульфаты стронция имеют низкую растворимость в воде и способны к интенсивному осадкообразованию.

На добывающей платформе "Моликпак" в настоящее время водоподготовка осуществляется по следующей схеме: морская вода, добываемая из 8 скважин, пробуренных на глубину приблизительно 40 м в песчаном ядре кессона, проходит сквозь щелевые фильтры, установленные в зоне перфорации, и попадает в систему фильтров грубой очистки, установленную также в ядре кессона. Отфильтрованная вода направляется в деаэратор для уменьшения  содержания кислорода. Вода в деаэраторе обдувается газом для удаления кислорода до уровня 0,05 мг/л, а для ускорения процесса и удаления кислорода до уровня менее 0,02 мг/л в деаэратор добавляется поглотитель кислорода - бисульфит аммония. На входе в деаэратор подают органический биоцид в составе: формальдегид - 10-30 % (об.), глютаральдегид - 5-10% (об.), 2-пропанол - 1-5% (об.), моноэтиленгликоль - 30-60% (об.). Он предотвращает развитие микроорганизмов в деаэраторе и призабойной зоне нагнетательных скважин. После деаэратора обработанная морская вода направляется в два газотурбинных насосных блока. Производительность каждого насоса составляет 464 м3/ч при давлении нагнетания 24 МПа.

В начальный период нагнетания воды (первые полгода) в морскую воду добавляли, на устье нагнетательных скважин, ингибитор солеотложений, а через два года эксплуатации начали постоянно добавлять микробиоцид – 42 %-ный раствор нитрата кальция в концентрации 65 мг/л, для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий по всему фронту распространения морской воды в пласте. Система очистки морской воды на платформе Моликпак предназначена для удаления кислорода и подавления роста макро- и микроорганизмов. Контроль воды осуществляется в трёх точках каждые 8 часов: содержание кислорода должно быть до 0,02 мг/л, сульфитов – 2-3 мг/л.

Но существует еще одна проблема – необходимо удаление соединений FeCO3, FeS, FeS2, (Fex Sy), FeO, Fe2O3, Fe3O4, Fe(OH)2, Fe(OH)3, образованных в результате воздействия коррозионно-агрессивной морской воды на оборудование скважин и системы ППД. Также в системе очистки отсутствует операция, предотвращающая образование отложений неорганических солей в технологическом оборудовании, которая потребуется при смешении морской и пластовой вод.

Схема подготовки морской воды для системы ППД должна включать: подавление жизнедеятельности макро- и микроорганизмов; удаление растворенного кислорода до 0,02 мг/л (требования, установленные на платформе «Моликпак»); удаление механических примесей до 3 мг/л (требования ОСТ 39-225-88); подавление роста сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ являются анаэробными бактериями и при отсутствии кислорода интенсивно размножаются); предотвращение отложений неорганических солей.

Вопросами подготовки попутной воды для системы ППД занимались С.С. Душкин, В.И. Классен, В.И. Миненко, А.Х. Мирзаджанзаде, В.Ф. Очков, Л.С. Саакиян, Е.Ф. Тебенихин, В.И. Мархасин, Ю.В. Антипин, К.Р. Низамов, К.Р. Уразаков, М.Н. Персиянцев, М.Д. Валеев, Б.М. Лейберт, В.Н. Ивановский, П.И. Тугунов, М.М. Хасанов, М.А. Худяков, В.В. Шайдаков, А.Б. Лаптев, М.В. Голубев, Р.Н. Бахтизин и другие исследователи. В результате анализа научно-технической информации по вопросам теоретических основ изменения свойств технологических жидкостей магнитная обработка выделена как наиболее оптимальный вариант для совершенствования системы подготовки морской воды. Большой объем научно-исследовательских работ проведен в Московском энергетическом институте (МЭИ), Уфимском государственном нефтяном техническом университете, Азербайджанском государственном научно-исследовательском и проектном институте нефти, Новочеркасском политехническом институте.

Эффективность влияния магнитного поля на процесс дегазации воды подтверждают все существующие теории. Магнитная очистка позволяет улавливать ферромагнитные механические примеси или агрегатированные с ними частицы размером менее 0,5 мкм, что практически невозможно осуществить другими способами очистки. Исследования влияния магнитодинамической обработки на процесс сульфатредукции доказали в ряде случаев подавление жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий.

Во второй главе обоснованы параметры магнитодинамической коагуляции, в частности, определено влияние магнитной силы и силы гидродинамического сопротивления потока, позволяющее разработать устройство с точечными постоянными магнитами для эффективной очистки воды. В связи с этим указанная задача решалась для условии, когда ферромагнитная частица находилась на поверхности магнита – это начальный момент процесса коагуляции. При этом не учитывалось влияние соседних магнитов, намагниченных пластин.

На частицу, находящуюся на магните и в потоке жидкости (рисунок 1), действуют следующие силы: магнитная Fм, силовое воздействие со стороны потока жидкости, причиной которого является сила гидродинамического сопротивления Fс, тяжести Fт, подъемная (архимедова) Fа, адгезии Fад, поверхностного натяжения Fпн.

 Силы, действующие на частицу, находящуюся на магнитной поверхности, в-0

Рисунок 1. Силы, действующие на частицу, находящуюся на магнитной поверхности, в потоке жидкости

Условие равновесия твердого тела (частицы) на горизонтальной магнитной поверхности: Fс= Fтр, где Fтр – сила трения частицы о поверхность магнита.

Fтр =k(Fм+ Fт+ Fад+ Fпн- Fа), (1)

где k – коэффициент трения.

Очевидно, отрыв частицы от поверхности возможен, если сила гидродинамического воздействия жидкости на частицу в направлении потока превысит ее силу трения о поверхность Fтр, а для того чтобы частица закрепилась на магнитной поверхности в начальный момент, необходимо выполнения условия Fтр > Fc, причем Fтр=kFм. Здесь, как видно, не учитывается сила тяжести, так как при отсутствии магнитного поля данная сила не вносит вклад в осаждение и закрепление частицы на пластине. Закрепление частицы на магнитной поверхности может происходить лишь под действием магнитного силы Fм. Действие сил адгезии, поверхностного натяжения также не учитываются, так как мы рассматриваем момент крепления частицы на поверхность под действием магнитной силы, а указанные силы (Fад, Fпн) способствуют лучшему закреплению частицы, не учитывается подъемная сила (Fа), так как она незначительно препятствует закреплению частицы.

Для того чтобы выявить условия для удержания частицы на магнитной поверхности в потоке воды, как начала процесса коагуляции, определялись силы магнитная и гидродинамического сопротивления, действующие на частицы разной магнитной восприимчивости разного диаметра.

При определении взаимодействия ферромагнитной частицы с постоянным магнитом цилиндрической формы было предположено, что материал магнита является однородным и изотропным ферромагнетиком, и вектор намагниченности I (А/м) направлен вдоль оси цилиндра. Магнитное поле, создаваемое таким магнитом, будет аналогично полю однослойного соленоида с бесконечно тонкой обмоткой, геометрически соответствующей боковой поверхности магнита, по которой течет намагничивающий ток J (А). Условием эквивалентности магнита и соленоида является равенство их магнитных моментов.

Была введена цилиндрическая система координат (, , z) с началом в геометрическом центре магнита. При определении внешнего магнитного поля H (А/м), создаваемого магнитом, был использован закон Био-Савара в общем виде:

(2)

где – поверхностная плотность намагничивающего тока (А/м2); r и r – радиус-векторы точки наблюдения поля и элемента тока соответственно; e – азимутальный орт; – дельта функция Дирака (1/м); R – радиус цилиндрического магнита (м). Учитывая, что радиальная jr и аксиальная jz компоненты плотности тока равны нулю, расписываются компоненты H по осям координат из:

(3)

Далее определяли силу, действующую на шаровидную частицу радиуса r, находящуюся на поверхности магнита, вблизи центра. Напряженность магнитного поля на оси элементарного кольцевого тока dJ = idz, текущего по боковой поверхности цилиндра: (4)

где z и z’ – аксиальные координаты точки наблюдения и элемента тока соответственно. Учитывая принцип суперпозиции магнитных полей, проинтегрировали по z’ и получили осевое поле тока, текущего по всей цилиндрической поверхности магнита:

(5)

Азимутальная и радиальная составляющие поля на оси магнита равны нулю. Следует, что на частицу, лежащую на верхней поверхности магнита (z = b/2, r << b), будет действовать сила:

, (6)

где В – остаточная намагниченность, b – высота магнита, R – радиус магнита, r – радиус частицы, - магнитная восприимчивость частицы, µ0 – магнитная постоянная.

Исходные данные для определения магнитной силы: В=1,15 Тл, диаметр магнита 10 мм, высота магнита 10 мм.



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.