Введение к работе
Актуальность работы
Большое количество нефтедобывающих скважин России характеризуется высокой степенью обводненности продукции. Средняя обводненность продукции добывающих скважин на таких месторождениях превышает 90 % при довольно низких коэффициентах нефтеотдачи.
Обводнение продуктивных пластов нефтяных месторождений вносит значительные осложнения в технологии добычи, сбора и подготовки нефти. Эти осложнения связаны с образованием водонефтяных эмульсий (ВНЭ), характеризующихся высокими значениями вязкости и устойчивости к разрушению.
Известны методы химического, электрического, теплового, механического и волнового воздействий на водонефтяные эмульсии с целью их разрушения. Предпочтение отдают современным технологиям, которые являются более «мягкими» к окружающей среде, например гидроимпульсным, виброволновым методам воздействия, методу воздействия высокочастотным электрическим полем и др. Применение таких методов, в частности, снижает количество реагентов, добавляемых в вытесняющий агент. В то же время недостаточно исследованы диапазоны частот электромагнитного излучения (ЭМИ), влияющих на деструктивные процессы в водонефтяной эмульсии.
Цель работы - исследование влияния различных диапазонов частот электромагнитного излучения на деструктивные процессы в водонефтяной эмульсии и разработка нового волнового метода ее разрушения в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта.
Основные задачи работы:
- анализ и обобщение опыта применения существующих методов разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта;
- теоретические исследования различных механизмов деструктивного воздействия электромагнитного излучения на водонефтяную эмульсию;
- оценка характеристик источников электромагнитного излучения с точки зрения производительности и энергоэффективности;
- разработка нового волнового метода разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта;
- исследование способов доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях.
Методы решения поставленных задач
Решение поставленных задач осуществлялось путем теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных условиях с использованием капиллярной установки, моделирующей единичную пору нефтяного пласта. В работе использованы численные и статистические методы обработки результатов экспериментальных исследований, методы компьютерной микроскопии и обработки изображений с использованием программы 3D_Image.
Научная новизна результатов работы
-
В результате теоретических исследований различных механизмов деструктивного воздействия электромагнитного излучения на водонефтяную эмульсию выявлены квантово-механическая (молекулярная) модель поглощения электромагнитного излучения с последующими деструктивными процессами и модель микроглобул, образующих резонаторы для электромагнитных волн. Установлено, что в отличие от молекулярных механизмов поглощения поглощение через микроглобульные резонаторы не обладает ярко выраженным резонансом по частоте.
-
Разработана методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий.
-
Установлены наиболее энергоэффективные диапазоны частот (от 4,01014 до 7,51014 Гц) электромагнитного излучения для разрушения водонефтяной эмульсии.
-
Разработан комбинированный метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, заключающийся в комплексном воздействии на ВНЭ электромагнитным излучением оптического диапазона и UHF диапазона частот, когда в переходной зоне вытесняемого и вытесняющего агентов производят одновременно воздействие электромагнитным излучением в диапазоне частот (4,0…7,5)1014 Гц, которое поглощается поверхностным слоем бронирующей оболочки водонефтяной эмульсии, и воздействие ЭМИ частотой порядка 2,5109 Гц, которое проникает в объем водонефтяной эмульсии.
-
Обоснована целесообразность использования колтюбинговых технологий для доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях.
На защиту выносятся:
- механизмы деструктивного воздействия электромагнитного излучения на водонефтяную эмульсию: квантово-механическая модель поглощения электромагнитного излучения с последующими деструктивными процессами и модель микроглобул, образующих резонаторы для электромагнитных волн;
- методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий;
- результаты экспериментальных исследований по выявлению наиболее энергоэффективных диапазонов частот электромагнитного излучения для разрушения водонефтяной эмульсии;
- новый волновой метод разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях и в призабойной зоне пласта, предусматривающий комплексное воздействие электромагнитного излучения разных диапазонов частот на водонефтяную эмульсию;
- технические предложения по способу доставки энергии электромагнитного излучения к месту разрушения водонефтяной эмульсии в пластовых условиях.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Исследования проводились в рамках реализации Государственного контракта № 14.740.11.0429 по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 – 2013 годы» на тему «Исследование экологически безопасных технологий интенсификации вытеснения трудноизвлекаемых запасов нефти».
Разработанные автором технические предложения позволяют решать проблему доизвлечения нефти и повышать коэффициент нефтеизвлечения месторождений с высокой степенью обводненности экологически безопасными технологиями. Разработанная автором Методика исследования эффективности воздействия электромагнитного излучения на дисперсность водонефтяных эмульсий (СТО № 01-08-2012) используется в исследовательской практике ГУП «ИПТЭР», внедрена в учебный процесс кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет» и в учебный процесс кафедры «Бурение, разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ФГБОУ ВПО «Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М.Д. Миллионщикова».
Оценка достоверности результатов обеспечивалась путем применения современных методов математического и физического моделирования и статистических методов обработки данных. Достоверность результатов исследований достигается применением поверенных средств измерений, сопоставлением результатов теоретических оценок, аналитических расчетов и данных экспериментальных исследований с результатами исследований других ученых.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-методических конференциях (с международным участием) «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике» (Уфа, 2010 г., 2011 г., 2012 г.); Всероссийских научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках Российских энергетических форумов, Международных специализированных выставок «Энергетика Урала», Международных специализированных выставок «Энергосбережение» (Уфа, 2009 г., 2011 г., 2012 г.); Всероссийской конференции с элементами научной школы для студентов, аспирантов и молодых ученых «Приборное и научно-методическое обеспечение исследований и разработок в области микро- и нанотехнологий» (Уфа, 2010 г.); Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Волгоград, 2010 г.); научно-практической конференции в рамках 8-ого Международного молодежного нефтегазового форума (Алматы, 2011 г.); II, III Student International Scientific and Practical Conferences «Oil and gas horizons» (Москва, 2010 г., 2011 г.); научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках Нефтегазовых форумов и международных специализированных выставок «Газ. Нефть. Технологии» (Уфа, 2010-2013 гг.); Студенческой научно-практической конференции по физике (Уфа, 2012 г.); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (Уфа, 2012 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 научные работы,
в т.ч. 5 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 124 наименования. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 27 таблиц.
Автор выражает благодарность д.т.н., профессору, академику АН РБ Гимаеву Р.Н., д.ф.-м.н., профессору Гоцу С.С., д.т.н., доценту Сушко Б.К., д.т.н., профессору Хисамутдинову Н.И. за полезные советы и помощь. Автор благодарит соавторов совместных работ и коллег за плодотворное сотрудничество и внимание к работе.
