Введение к работе
Актуальность проблемы
Добыча углеводородов в различных регионах России связана с проблемой увеличения доли трудноизвлекаемых запасов нефти. Характерной особенностью разработки месторождений являются повышенные значения вязкости нефти (30 мПас и более в пластовых условиях) и содержания парафиновых углеводородов (4…5 % масс. и более). Обводнение добываемой нефти кратно увеличивает вязкость жидкости из-за образования в насосном оборудовании скважин стойких водонефтяных эмульсий обратного типа. При достижении значений эффективной вязкости в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) порядка 0,01 Пас и более на баланс нагрузок уже оказывают существенное влияние силы гидродинамического трения.
Повышенное содержание парафина в нефти, с одной стороны, приводит к отложениям асфальтосмолопарафиновых веществ в насосном подъемнике. Отложение асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ) снижает подачу насосных установок вплоть до полного ее прекращения и увеличивает аварийность оборудования из-за роста нагрузок. С другой стороны, повышенное содержание парафина в нефти вносит дополнительные осложнения в работу скважинного оборудования в период его запуска после вынужденных остановок скважин. Образование в нефти пространственной механической структуры, обусловленной ее тиксотропными свойствами, приводит к появлению дополнительных напряжений сдвига в жидкости и сопротивлений начальному движению колонны штанг. Начальный период запуска оборудования таких скважин сопровождается опережением хода головки балансира при ходе колонны вниз с последующим ударом в точке подвеса при ходе вверх. Такой режим продолжается несколько минут, пока не произойдут разрушение структуры парафиновых углеводородов и снижение сил сопротивления движению колонны штанг. Однако ударные нагрузки на оборудование приводят к обрывам колонны штанг, нередко в этот же период.
Такие проблемы наиболее характерны для месторождений Удмуртской Республики, в частности для Чутырско-Киенгопского месторождения нефти.
Цель работы – повышение эффективности штангово-насосной эксплуатации скважин с парафиносодержащей высоковязкой нефтью на базе изучения ее тиксотропных свойств и создания технологии безударного запуска оборудования.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие
основные задачи:
1. Выполнить анализ основных видов и оценить степень осложнений при эксплуатации скважин с вязкими парафинистыми нефтями в рабочих и пусковых режимах работы насосного оборудования;
2. Исследовать скорость и интервалы отложений асфальтосмоло-парафиновых веществ в колонне насосно-компрессорных труб глубинно-насосного оборудования (ГНО), эффективную вязкость обводненной нефти и силу гидродинамического трения в ГНО скважин;
3. Исследовать тиксотропные свойства обводненных парафинистых нефтей в лабораторных и промысловых условиях и релаксацию напряжений структурированной нефти при запуске установок скважинных штанговых насосных (УСШН) в работу;
4. Разработать технологии борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями (АСПО) и безударного запуска УСШН в работу после вынужденных остановок ГНО скважин.
Методы решения поставленных задач
Поставленные в диссертации задачи решены с применением современных методов математической статистики при обработке экспериментального материала. Реологические измерения произведены при помощи приборов «Реотест-2» и капиллярного вискозиметра. Измерения нагрузок на наземное оборудование скважины произведено сертифицированным динамографом «Сиддос-Автомат», а дебитов – автоматизированными групповыми замерными установками АГЗУ типа «Спутник», «ОЗНА-Массомер».
Научная новизна результатов работы
1. Установлены экспериментальные зависимости межочистного периода работы (МОП) скважин Чутырско-Киенгопского месторождения от их дебита, а также толщины отложения АСПВ в верхних участках НКТ от дебита и периода эксплуатации скважины.
2. Получена экспериментальная зависимость эффективной вязкости парафинистой осредненной нефти в НКТ от обводненности продукции. Установлено, что осредненное значение эффективной вязкости обводненной нефти в НКТ составляет величину 0,72 от вязкости нефти, замеренной на устье
скважины.
3. Выявлена экспериментальная зависимость роста касательных напряжений в парафиносодержащей нефти от периода тиксотропного восстановления структуры и объемного содержания воды.
4. Установлен характер релаксации напряжений в нефти во времени при различных скоростях сдвига после запуска УСШН в работу, показавший короткий (60…150 с) период разрушения кристаллической структуры.
На защиту выносятся:
1. Экспериментальные зависимости скорости образования АСПО в верхних участках ГНО скважин с вязкими парафинистыми нефтями Чутырско-Киенгопского месторождения от дебита скважин и продолжительности работы оборудования;
2. Характеристика структурообразования в парафинистых нефтях повышенной вязкости при остановках скважин и релаксации напряжений в жидкости при запуске УСШН в работу;
3. Технология запуска УСШН в работу после продолжительной остановки скважины, основанная на безударном режиме работы наземного оборудования.
Практическая ценность результатов работы
1. Установлено, что при увеличении содержания парафиновых углеводородов в добываемой нефти с 1,5 % до 6,6 % повышается удельная обрывность насосных штанг при добыче вязкой нефти Чутырско-Киенгопского месторождения в целом с 0,11 до 0,31 1/год из-за образования парафиновых отложений в насосно-компрессорных трубах и повышения аварийности в пусковых режимах работы оборудования.
2. Показан положительный опыт применения штанговых нагнетателей жидкости в скважинах с АСПО с вязкостью до значений порядка 30 мПас, снижающих количество отложений.
3. Разработан и испытан в промысловых условиях метод удаления АСПО в скважинах, основанный на реакции с выделением тепла хлористого алюминия в композиции с углеводородным растворителем и пластовой водой.
4. Разработано (патент на изобретение № 2472033 РФ) и испытано на скважине 386 Чутырско-Киенгопского месторождения устройство для безударного запуска УСШН в работу после вынужденного простоя скважины.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты работы докладывались на:
- заседаниях научно-технического совета ОАО «Узеньмунайгаз»
НК «Казмунайгаз» (г. Жана Узень, 2003-2004 гг.);
- 2-ой научно-практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности»
(г. Когалым, 20-21 декабря 2006 г.);
- Седьмых международных научных Надировских чтениях по проблеме «Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса» (г. Уральск,
27-29 мая 2009 г.);
- заседаниях научно-технического совета ОАО «Удмуртнефть» НК «Роснефть» (г. Ижевск, 2011-2012 гг.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 16 научных трудах, в том числе в 1 ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, получены 4 патента на изобретения.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 55 наименований. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 14 таблиц.
