ISSN 1991-3087
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

НА ГЛАВНУЮ

Применение электротехнического комплекса с забойным электропарогенератором для добычи высоковязкой нефти

 

Зырин Вячеслав Олегович,

кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

 

В России в течение 4-х последних десятилетий происходит падение средней проектной нефтеотдачи, вследствие чего потери потенциально извлекаемых запасов нефти уже составили примерно 14 млрд. т., что почти соответствует добыче нефти за всю историю нефтяной промышленности. Падение проектной нефтеотдачи объясняется ухудшением структуры запасов, увеличением доли трудноизвлекаемых запасов и отсутствии целеустремленной государственной политики создания условий противопоставления падению нефтеотдачи путем применения методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Уровень добычи нефти за счет применения третичных МУН в стране с 1991 года снизился примерно в 10 раз и находится в пределах 1.0-1.3 млн. т /год [1].

В условиях спада объема добычи нефти особую важность приобретает освоение широко распространенных залежей высоковязкой нефти (ВВН), мировые запасы которой приблизительно в 7 раз превышают запасы легкой нефти [2, 3].

В Республике Коми (РК) сосредоточены в крупных и мелких месторождениях ВВН более 50% всех запасов. Самой крупной залежью высоковязкой нефти является Усинское месторождение, запасы которого составляют 500-600 млн. т. В то же время запасы малых месторождений в РК составляют приблизительно 40-50%. Проектом развития пермокарбоновой залежи Усинского месторождения предусмотрено увеличение годовой добычи в 4 раза (до 4 млн. т), закачки пара в пласт – более чем в 10 раз. Запасы ВВН этого месторождения составляют 500-600 млн. т. Значимость этой задачи также подтверждается планом развития Республики Коми, в котором предусматривается внедрение новых технологий добычи нефти, обеспечивающих повышение нефтеотдачи на 30-40 процентов; наращивание добычи высоковязких, тяжелых, высокопарафинистых и смолистых видов нефти Ярегского и Усинского месторождений за счет применения теплового воздействия на продуктивные пласты.

В естественном режиме эксплуатации скважин нефтеотдача не более 6-15%. Безальтернативными методами повышения нефтеотдачи отечественными и зарубежными специалистами признаны термические методы воздействия на продуктивные пласты.

В Горном университете разработаны и запатентованы в РФ электротермические комплексы мощностью более 1000 кВт, применение которых позволит снизить потери энергии и повысить качество теплоносителей (пара, воды), нагнетаемых в пласт высоковязкой нефти. Комплекс позволяет выполнять технологические операции по паротепловому воздействию (ПТВ), импульсно-дозированному тепловому воздействию (ИДТВ) и термогидродинамическому воздействию [3].

 Электротермическому комплексу по сравнению с традиционной технологией присущи следующие достоинства: энергосбережение, малая металлоемкость и капиталоемкость, простота конструкции; возможность генерировать в призабойной зоне насыщенный пар со степенью сухости 0.8, экологическая безопасность технологии.

Добычной электротермический участок (рис.1) включает в себя: силовой силовой трансформатор мощностью 10-16 МВА с первичным напряжением 35-110 кВ; насос для подачи котловой воды в забой к нагревателю или парогенератору 2, скважинный электродный нагреватель 11 или прямоточный электропарогенератор, помещенный в обсадную колонну 12, питание которого осуществляется по погружным кабельным линиям; регулируемый электропривод насоса 3 и схему управления величиной силы тока нагревателя или парогенератора 1 [3]. Скважинное электротермическое устройство получает питание по схеме «фаза – 3 жилы погружной линии параллельно – НКТ, обсадная колонна – нейтраль».

 

Рис. 1. Электротермический комплекс.

 

В Горном университете разработаны различные конструкции забойных электропарогенераторов. Предлагаемый ниже электропарогенератор – сепаратор [4] позволяет увеличить эффективность тепловой обработки скважины за счет повышения сухости вырабатываемого пара путем его сепарации внутри устройства (рис. 2).

Конструкция устройства тепловой обработки призабойной зоны скважин, размещённого в зоне продуктивного пласта внутри эксплуатационной колонны 10, включает в себя скважинный электропарогенератор-сепаратор, который закреплен на конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 17. Он состоит из металлического корпуса 1, выполненного в форме цилиндра и являющегося нулевым электродом. Центральный токовод 3, имеющий термостойкую изоляционную оболочку 2, закреплён в верхней части корпуса 1 через проходной изолятор 18, на внутренней поверхности корпуса 1 расположены в виде стальных колец отбойные конденсатосъемники 12. Внутри корпуса 1 на тоководе 3 через равные промежутки, разделенные трубчатыми термостойкими изоляторами 2, установлены по высоте один над другим фазные электроды 5, каждый фазный электрод выполнен в виде многозаходного винта с углом атаки лопастей 200-400, применяемых для закручивания конвективного потока 9 вокруг оси с целью получения тангенциальной составляющей скорости и сепарации пара. Межэлектродное расстояние определяется мощностью устройства, питающим напряжением, поверхностной плотностью тока и удельным сопротивлением токо­про­водящей жидкости. Каждый фазный электрод помещен во фторопластовый керамический стакан, имеющий боковую стенку 6 и токопроводящие окна 7. Верхняя часть корпуса 1, свободная от фазных электродов и образующая паровую зону 14 электронагревателя, содержит паровыводящий канал 15 с клапаном 16.

За счет того, что фазные электроды 6 выполнены в виде многозаходного винта с углом атаки лопастей 45º, происходит закручивание вокруг оси потока выходящей паровоздушной смеси. Это приводит к разделению смеси вдоль радиальной составляющей. Центральная паровая область будет иметь большую сухость, т.к. за счет тангенциальной составляющей скорости взвешенные, более инерциальные микрокапли будут выноситься на периферию, где они конденсируются и задерживаются с помощью стальных отбойных конденсатосъемных колец 5.

 

Рис. 2. Скважинный электропарогенератор – сепаратор.

 

На рис. 3 приведен вид корпуса электропарогенератора сбоку, при этом видно, что при α=45° тангенциальная составляющая скорости потока υτ после закручивания будет равна продольной составляющей скорости υz, которую можно найти по формуле:

      ,                                                                                             (1)

где Q – объемный расход, D2 и D1 – размеры цилиндрической полости электропарогенератора (рис. 2).

В работе [5] приведено выражение для толщины слоя сепарируемого пара, при котором витающая в потоке микрочастица пара выводится из него и конденсируется на стенке:

,                                                                                                  (2)

где r – радиус микрочастицы, R2=D2/2, φ12=π/2, к – коэффициент, учитывающий параметры пара и воды, определяемый по формуле:

  ,                                                                                                         (3)

где ρ’’,ρ’ – соответственно плотность пара и воды, ν’’ – кинематическая вязкость пара, ω – угловая скорость движения частицы, находящейся на расстоянии R от оси.

Величину ω, с учетом (1), можно найти по формуле:

                                                                                     (4)

 

Рис. 3. Изменение сухости пара Х (при l2>l1 ) и скорости движения пароводяной смеси в электропарогенераторе-сепараторе.

 

Если предположить, что в начале сепарации распределение влаги в паровоздушной смеси имеет равномерный характер и, соответственно, сухость пара является величиной постоянной и равной x0, то при последующем движении начнет происходить перераспределение микрочастиц влаги по сечению электропарогенератора, причем в первую очередь из потока будут выводиться периферийные частицы, место которых займут микрочастицы из центральной области. Это приведет к тому, что сухость пара в центральной области будет выше, чем на периферии. На рис. 3 показаны зависимости сухости пара от радиальной координаты при различной длине электропарогенератора (l2>l1).

Таким образом, применение забойных электропарогенераторов и комплексов на их основе позволит производить эффективную тепловую обработку призабойной зоны пласта и дополительно повысить нефтеотдачу пласта.

 

Литература

 

1.                  Концепция государственного управления рациональным использованием запасов нефти/ ОАО «Зарубежнефть», ОАО «ВНИИнефть», ОАО «Сибур». – М.: ОАО «ВНИИнефть», 2005. – 121 с. илл.

2.                  Артеменко А. Приоритет – за пароцикликой / А. Артеменко, В. Кащавцев // Нефть России, 2005 г., №10.

3.                  Загривный Э.А. Электротермический комплекс на основе скважинного электродного нагревателя мощностью более 500 кВт для теплового воздействия на продуктивный пласт высоковязкой нефти / Э.А. Загривный, А.Е. Козярук, С.Н. Батаев // Электротехника, 2003 г., №5. – с. 61–69.

4.                  Пат. РФ. №2451158. Устройство тепловой обработки призабойной зоны скважин - электропарогенератор. Патент на изобретение/ Э.А.Загривный, В.И.Маларев, О.Б. Лакота, Зырин В.О. - 2010147607/03 заявл.22.11.2010; опубл. 20.05.2012.

5.                  Мынкин К.П. Сепарационные устройства паровых котлов. – М.:«Энергия»,1971 г. – 190 с.

 

Поступила в редакцию 21.05.2014 г.

2006-2019 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.