Введение к работе
Актуальность проблемы. Применение химических продуктов различного назначения и химических реагентов в настоящее время является одним из наиболее распространенных и результативных направлений развития технологии нефтедобычи. Это широко распространенные физико-химические методы воздействия, включающие применение поверхностно-активных веществ (ПАВ), полимерных, мицеллярных, щелочных растворов, серной, соляной и других кислот, двуокиси углерода, различных растворителей. Это также применение осадкообразующих композиций при проведении ремонтно-изоляционных работ, применение гидрофобизирующих составов, реагентов междуфазников и т.д. Кроме того, для предупреждения и очистки промыслового оборудования и призабойной зоны пласта от асфальто-смолопарафиновых и солевых отложений, для борьбы с коррозией, для деэмульсации нефти широко используются различные химреагенты -ингибиторы парафина и детергенты, ингибиторы солеотложения, ингибиторы коррозии, деэмульгаторы. Как видно, в нефтедобыче используются рабочие агенты, обладающие широким диапазоном физико-химических свойств.
По промысловым и литературным данным в настоящее время в нефтегазодобыче используется более 300 наименований различного назначения химических продуктов. Соответственно увеличивается и достигает уже нескольких сотен тысяч тонн их годовое потребление. При этих условиях из-за отсутствия надежных количественных критериев оценки возможных областей применения и эффективности необоснованно расширен ассортимент используемых в нефтедобыче химических продуктов. Многие реагенты, даже те, которые достаточно широко используются на практике, не отвечают всем технологическим и экологическим требованиям. Поэтому необходимы методы тестирования и контроля свойств химических реагентов, которые могли бы применяться при подборе потенциальных реагентов для обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) добывающих и нагнетательных скважин, для определения их эффективности, полифункциональности действия, а также выявления возможных побочных отрицательных последствий их применения.
При разработке технологий применения химреагентов и их широком внедрении возникает много разнообразных задач. В частности, при практической реализации физико-химических методов первоочередно встают две задачи: подбор потенциально эффективного для данного месторождения (даже для данной нефти, для нефти данной скважины) реагента, его дозы и контроля за обработкой призабойной зоны пласта
химреагентами. Например, контроль за содержанием его в добываемой нефти после закачки в призабойную зону пласта и пуска скважины в работу с целью определения момента окончания выноса.
Во многих случаях для решения различных задач, например, для борьбы с отложениями асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПО), с коррозией и эмульсообразованием используются сложные химические составы, композиты, компаунды, в которые входят различные реагенты в определенных соотношениях. В этом случае возникает проблема подбора этих соотношений и определения их совместимости.
При длительном хранении химреагентов, технологических компаундов из-за воздействия различного рода внутренних и внешних факторов (например, изменения температуры окружающей среды) их свойства изменяются, и они могут не соответствовать своим функциональным назначениям. Поэтому необходим метод входного контроля свойств химреагентов перед их использованием.
В связи с изменением физико-химических свойств нефти различных месторождений в достаточно широком диапазоне изменяются условия их взаимодействия с различными химреагентами, что может привести к нарушению их функциональных назначений и, следовательно, к изменениям технологии их применения.
Поэтому возникает необходимость в создании методов и способов контроля свойств технологических жидкостей (ТЖ), которые должны удовлетворять ряду условий, таких как: должны представлять экспресс метод, учитывать, изменения физико-химических свойств нефтей и реагентов, а также условия функциональных взаимодействий реагентов с нефтью, должны количественно учитывать технологические условия их применения (например, температуру и давление) и других внутренних и внешних факторов (содержание воды, солей и др.). Кроме того, одним из важнейших требований к такого рода методам является возможность их эффективного использования в промысловых условиях, например, в ЦНИПРах.
Целью диссертационной работы является научно-методическое обоснование, усовершенствование и разработка технических средств высокочастотной диэлькометрии нефтей и химических продуктов в качестве научной базы для разработки методик контроля применения химреагентов, используемых в процессах нефтедобычи применительно к баротермическим и физико-геологическим условиям Ноябрьского нефтяного региона.
В работе решены следующие основные задачи:
1. На основе изучения и анализа литературных данных по физике диэлектриков и использованию диэлектрических измерений для решения практических задач в нефтегазовой отрасли обосновано применение
высокочастотной диэлькометрии к термобарическим и физико-геологическим условиям пластов Ноябрьского региона.
-
Разработана конструкция и изготовлена измерительная ячейка к куметру Е4-11, позволяющая выполнять измерения диэлькометрических характеристик (относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь) нефтей, химреагентов и их растворов в нефти в диапазоне частот 30-300 Мгц, в интервале температур 20-100 С, давлений до 200 атмосфер, на которой выполнен большой объем экспериментальных измерений диэлекгрических характеристик нефтей, химреагентов и их растворов.
-
На основе экспериментальных данных по особенностям частотно-температурных зависимостей диэлектрических характеристик нефтей, реагентов и их растворов, их анализа, сопоставления для эффективных и неэффективных реагентов по промысловым данным, созданы и проанализированы условия применения следующих методик:
ВЧ- диэлькометрическая методика подбора потенциально эффективных реагентов для борьбы с АСПО;
ВЧ- диэлькометрическая методика определения содержания реагента в нефти;
ВЧ- диэлькометрическая методика оценки совместимости реагентов и реагентов с некоторыми жидкостями;
ВЧ- диэлькометрическая методика входного контроля реагентов.
4. Выполнены лабораторные экспериментальные исследования по
воздействию электромагнитного поля на вязкостные свойства полимерных
растворов и на процесс адсорбции реагентов при фильтрации нефти в
пористой среде.
Методы решения задач. Поставленные задачи решались путем теоретического анализа и дальнейшего обобщения молекулярно-физических основ связи особенностей частотно-температурных зависимостей диэлектрических характеристик нефтей, различных химреагентов и технологических жидкостей с их технологическими свойствами.
. Основные результаты в диссертации получены в ходе экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования : проводились в лабораторных и промысловых условиях. Лабораторные исследования проводились по известным методам (метод куметра, метод .фильтрации растворов реагентов через модель пористой- среды) с использованием разработанных и изготовленных автором измерительных устройств. В частности, автором была разработана и изготовлена измерительная ячейка (измерительный конденсатор) для проведения диэлектрических измерений в ВЧ диапазоне частот при баротермических
условиях скважин ОАО «Ноябрьскнефтегаз» с учетом соответствующего газового фактора.
Научная новизна данной работы заключается в следующем:
1. Созданы научно-методические основы для разработки
электрофизических методов контроля применения химреагентов в
нефтедобыче.
2. Разработана конструкция и создана экспериментальная установка
для измерения ВЧ диэлькометрических свойств нефтей, реагентов, их
растворов в нефти и других химических продуктов в условиях ЦНИПРов
НГДУ.
3. Предложена методика определения эффективной ширины
частотной tg5(f) и температурной резонансных кривых tg8(T) по аналогии
с определением ширины резонансной кривой классического
колебательного контура.
-
Впервые выполнены измерения диэлектрических характеристик и выявлены особенности их частотно-температурных зависимостей нефтей ряда месторождений Западной Сибири и используемых реагентов в диапазоне высоких частот применительно к термобарическим условиям месторождений этого региона.
-
Впервые созданы и апробированы в промысловых условиях ВЧ-диэлькометрические методики по подбору потенциально эффективных реагентов для борьбы с АСПО; по определению содержания реагента в нефти, по оценке совместимости реагентов и реагентов с некоторыми жидкостями, по входному контролю реагентов.
6. Экспериментально установлено влияние воздействия
электромагнитного поля на реологические свойства полимерных
растворов, на адсорбцию реагентов при фильтрации в пористой среде.
В диссертационной работе разработаны и защищаются следующие положения:
создание научно-методической базы нового физико-химического метода высокочастотной диэлькометрии для контроля применения химреагентов в нефтедобыче;
разработка методики и конструкции измерительного конденсатора для измерения методом куметра диэлькометрических характеристик в ВЧ диапазоне частот и при соответствующих баротермических и физико-геологических условиях нефтей, химреагентов и их растворов;
метод определения частотного и температурного рабочих эффективных интервалов, как ширины резонансной кривой по экспериментальным зависимостям tg8(f) и tg5(T) для нефтей, реагентов и других технологических жидкостей;
» ВЧ- диэлькометрические методики подбора потенциально эффективных реагентов для борьбы с АСПО, определения содержания реагента в нефти, оценки совместимости реагентов, входного контроля свойств реагентов; Практическая ценность и реализация результатов работы: Все предложенные методики опубликованы, утверждены и в настоящее время служат стандартом предприятия ОАО «Ноябрьскнефтегаз». Разработанные автором методики и техническая установка используются в ЦНИПРах НГДУ Суторминскиефтъ, Заполярнефть, ОАО Ноябрьскнефтегаз, в Ноябрьском управлении химизации, в НГДУ Нижнесортымскнефть ОАО Сургутнефтегаз.
Апробация работы. Основные результаты, приведенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях, школах-семинарах и семинарах:
1. Всероссийская научная конференция "Фундаментальные
проблемы нефти и газа". Москва, 22-25 ноября 1995 г.
2. Всероссийская научно-техническая конференция "Проблемы
нефтегазового комплекса России". Уфа 16-17 ноября 1995 г.
3. XVII-я школа-семинар по проблемам механики сплошных сред в
системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа. Уфа, 17 октября,
1995 г.
-
Всероссийская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России". Москва, 22-24 января, 1997 г.
-
РАЕН. Волго-Камское региональное отделение. Всероссийский семинар-дискуссия по первичному и вторичному вскрытию пластов". Уфа, 5-6 декабря, 1996 г.
-
XX школа-семинар по проблемам механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа. Уфа, 26-27 марта 1997 г.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 16
печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х разделов, заключения, списка литературы, включающего 99 наименований. Диссертация содержит 118 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 23 иллюстрации и приложения.
