Введение к работе
Актуальность: Существуют месторождения с такими условиями
залегания и свойствами нефти (высоковязкая нефть (ВН),
сверхвысоковязкая нефть (СВН), битумы (Б) и нефти с неньютоновскими свойствами), при которых тепловые методы воздействия оказываются единственными, допускающими промышленную разработку. В настоящее время для добычи трудноизвлекаемых запасов применяются следующие скважинные технологии: инициирование внутрипластового горения (ВПГ); паротепловое воздействие и низкотемпературное окисление (НТО) путем термоциклического воздействия паром; термоциклическое воздействие парогазом; парогравитационное воздействие (ПГВ).
Все перечисленные методы извлечения трудноизвлекаемых запасов являются энергозатратными. Перед нефтедобывающими компаниями остро стоит проблема уменьшения затрат энергоресурсов на освоение залежи и добычу продукции. Поэтому исследования, связанные с разработкой новых, энергоэффективных методов добычи, являются актуальными.
Объектом исследования являются технологии добычи
трудноизвлекаемых запасов нефти при помощи термического воздействия на пласт.
Цель диссертационной работы - разработка энергосберегающей
технологии и технических средств теплового воздействия на
месторождение с трудноизвлекаемыми запасами и обеспечение снижения энергетических затрат добычи нефти.
Задачи исследования:
-
Выполнить анализ существующих способов добычи нефти методами теплового воздействия на пласт.
-
Разработать новую энергосберегающую технологию прогрева нефтяного месторождения за счет циркуляции теплоносителя, расположенного в горизонтальном стволе скважины.
-
Методами численного моделирования получить зависимости, доказывающие энергетическую эффективность предложенной технологии термического воздействия на пласт.
-
Разработать стенд для изучения процесса прогрева нефтяного месторождения по предлагаемой технологии и экспериментально доказать энергетическую эффективность и промышленную применимость созданной технологии.
-
Разработать конструкцию котла для использования в схеме нагрева высокотемпературного теплоносителя для прогрева пласта, обладающую улучшенными эксплуатационными характеристиками.
-
Выполнить технико-экономический анализ разработанных решений по использованию высокотемпературного теплоносителя при добыче высоковязких нефтей и битумов.
Методы исследования. В работе использовались методы численного
моделирования, для расчетов и построения графических зависимостей использовался пакет программ Computer Modelling Group Ltd (CMG STARS), теоретические исследования подтверждены экспериментальными тепловизионными испытаниями.
Достоверность и обоснованность полученных результатов
подтверждается использованием современных методов и средств
теоретических и экспериментальных исследований для исследования
процессов, происходящих в пласте, лицензированных программных
продуктов, использованием аттестованных приборов при проведении
экспериментальных исследований, сходимостью результатов расчета с
результатами экспериментальных исследований, сопоставимостью
результатов с данными, полученными другими исследователями.
На защиту выносятся:
-
Разработанная технология прогрева нефтяного месторождения высокотемпературным теплоносителем в теплообменнике, расположенном в горизонтальном стволе скважины.
-
Результаты численного моделирования процесса прогрева месторождения предлагаемой технологией.
-
Экспериментальные данные, описывающие процесс прогрева нефтяного месторождения, обосновывающие энергетическую эффективность разработанной технологии.
-
Результаты технико-экономической оценки, обосновывающие эффективность разработанных решений при добыче высоковязких нефтей и битумов термическими методами.
Научная новизна работы:
-
Обосновано научно-техническое решение энергосберегающей технологии прогрева нефтяного месторождения за счет циркуляции теплоносителя, расположенного в горизонтальном стволе скважины.
-
На основе уравнения теплопереноса в двумерной постановке разработана численная модель энергосберегающей технологии прогрева нефтяного месторождения с циркуляцией высокотемпературного теплоносителя в теплообменнике.
-
Получены и обобщены экспериментальные данные процесса термического прогрева нефтяного месторождения, описывающие технологические показатели предлагаемой технологии.
-
Выполнен анализ энергетической эффективности разработанных решений по оптимизации процесса прогрева нефтяного месторождения.
Новизна разработанных решений подтверждена 4 патентами Российской федерации на изобретения.
Практическая ценность заключается в том, что полученные результаты позволяют решать задачи, связанные с повышением энергетической эффективности добычи высоковязких нефтей и битумов путем оптимизации параметров тепловых технологических процессов прогрева пласта, использования новых схем и конструкций, приводящих к улучшению качества добываемой продукции. Разработана новая
конструкция котла для использования в схеме нагрева
высокотемпературного теплоносителя энергосберегающей технологии добычи трудноизвлекаемых запасов нефти.
Предлагаемая технология с использованием ВТТ по сравнению с технологией ПГВ позволяет снизить энергозатраты при добыче высоковязких нефтей: на газ – более чем в 4 раза, на электроэнергию – в 5,7 раза, на обезвоживание нефти примерно в 10 раз.
Реализация работы. Технология добычи трудноизвлекаемых запасов с применением высокотемпературного теплоносителя внесена в план испытаний ОАО «Татнефть» им. В.Д.Шашина на 2016 год. Разработанные котлы для нагрева теплоносителя изготовлены и испытаны на базе ООО «ПСП Теплогаз» (г.Пермь).
Апробация работы. Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Научно-технических семинарах главных инженеров и специалистов ОАО «Татнефть», г. Альметьевск, 2006 г., г.Бугульма, 2012 г., Международном симпозиуме «Новейшие технологии и оборудование для оптимизации производств и энергосбережения», г. Санкт-Петербург, 2011 г., - XIII Международной научно-практической конференции INTECH-ENERGY «Новые процессы, технологии и материалы XXI века в нефтяной отрасли», г. Москва, 2012 г., XIII Международном симпозиуме «Энергоресурсо-эффективность и энергосбережение», г. Казань, 2012 г., - 4-я международной конференции «ЭНЕРКОН-2013», г. Москва, 2013 г., Национальном конгрессе по энергетике, г.Казань, 2014 г., Международной конференции «Нетрадиционная нефть России и методы увеличения нефтеотдачи», Москва, 2014 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы
отражены в 10-и публикациях, в т.ч. в 3 из списка изданий ВАК РФ и в 4 патентах РФ на изобретение.
Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке цели и задач исследований, разработке численной модели прогрева пласта, разработке технических решений повышения энергоэффективности добычи высоковязких нефтей, разработке экспериментального стенда, методик исследований, проведении исследований, анализе и обобщении полученных результатов.
Соответствие диссертации научной специальности. По тематике,
методам исследования, предложенным новым научным положениям
диссертация соответствует паспорту специальности 05.14.04
«Промышленная теплоэнергетика» в части пунктов:
Разработанная энергосберегающая технология соответствует п.1 «Разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло системах и установках» и п.5 «Оптимизация параметров тепловых технологических процессов и разработка оптимальных схем установок, использующих тепло, с целью экономии энергетических ресурсов и
улучшения качества продукции в технологических процессах.
Численные исследования процессов прогрева пласта соответствуют п.3 «Теоретические и экспериментальные исследования процессов тепломассопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло».
Разработка новой конструкции котла соответствует п. 4. «Разработка
новых конструкций теплопередающих и теплоиспользующих установок,
обладающих улучшенными эксплуатационными и технико-
экономическими характеристиками. Совершенствование методов расчета тепловых сетей и установок с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов».
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на
153 стр. машинописного текста и состоит из введения, четырех глав,
заключения и содержит 57 рисунков, 13 таблиц, а также