Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения. Высоковязкая нефть ультразвук


Перспективы применения мощного ультразвука для добычи высоковязкой нефти и битумов - Бурение и Нефть

Журнал входит в перечень ВАК

(495) 979-13-33, (495) 971-65-84, (925) 384-93-11, (909) 670-44-09, тел./факс: (499) 613-93-17

Prospects of application of power ultrasound for the extraction of heavy oil and bitumen

V. Mezikov, NPF «Prompribor» LLC

Статья посвящена актуальной проблеме – добыче высоковязкой нефти и битумов. Проведен анализ существующих акустических и тепловых методов воздействия на скважины. Показано, что существует пороговое значение мощности ультразвука, при котором основным фактором является термический нагрев. Даны рекомендации по применению мощного ультразвука для добычи высоковязкой нефти и битумов.

The article is dedicated to the issue of the day that is production of high – viscosity oil and bitumen. The analysis of existing acoustic and thermal methods of well stimulation was conducted. It can be seen that there is a threshold value of ultrasonic power output, whereby the main fact is heating. Recommendations are given for application of high-power ultrasonic sound in case of production of high-viscosity oil and bitumen.

Акустические методы для повышения нефтеотдачи нефтяных пластов широко используются в нефтяной промышленности с середины прошлого столетия. Объектом воздействия могут быть как пласт в целом, так и призабойная зона пласта. Воздействие проводят с помощью свабов, пульсаторов давления, пороховых генераторов и аккумуляторов давления, электроискровых излучателей (спаркеров), магнитострикционных и пьезокерамических излучателей.Причиной образования участков пониженной проницаемости, в основном, являются стрейнинг и процессы физико-химического характера.

Причиной образования участков пониженной проницаемости, в основном, являются стрейнинг и процессы физико–химического характера.

Стрейнинг характерен для начального этапа эксплуатации добывающих скважин и заключается в кольматации поровых каналов частицами песчаников, глин, размер которых не намного меньше эффективных размеров поровых каналов. Одновременно со стрейнингом развивается медленный процесс кольматации в результате перераспределения потоков и увеличения скоростей мельчайших частиц, позволяющих им преодолевать силы отталкивания в извилистых порах.Разрушить образовавшуюся структурную сетку можно путем возбуждения в среде упругих колебаний.При взаимодействии акустического поля с фазами пород основное влияние оказывают: акустическая дегазация и снижение вязкости нефти, увеличение проницаемости за счет сверхкапиллярного эффекта, разрушение конгломератов, вовлечение в разработку низкопроницаемых и закольматированных пропластков пород продуктивного пласта.Таким образом, технология заключается в воздействии на прискважинную зону пласта акустического поля, в результате чего обеспечивается восстановление фильтрационных свойств его призабойной зоны.

При взаимодействии акустического поля с фазами пород основное влияние оказывают: акустическая дегазация и снижение вязкости нефти, увеличение проницаемости за счет сверхкапиллярного эффекта, разрушение конгломератов, вовлечение в разработку низкопроницаемых и закольматированных пропластков пород продуктивного пласта.

В основном воздействие на нефтяные пласты осуществляют с помощью пьезокерамических и магнито­стрикционных излучателей. Воздействие на призабойную зону пъезокерамическими излучателями с малой амплитудой колебаний 2 – 5 мкм снижает интенсивность воздействия.Классическая схема оборудования состоит из наземного мощного генератора и скважинного магнитострикционного ультразвукового излучателя, недостатком которой является значительная потеря мощности в кабеле.ООО НПФ «Промприбор» разработал мощный малогабаритный ультразвуковой генератор для магнитострикционного излучателя, имеющий кпд 96%. Что позволило создать на его базе ультразвуковой скважинный излучатель.Разработка представляет собой генератор с магнитострикционным излучателем в едином корпусе диаметром 73 мм и длиной 1500 мм (рис. 1). Мощность излучателя 1,0 кВт. Рабочая частота 22 кГц. Питание генератора осуществляется через недорогой геофизический кабель. Преимуществами разработанного ультразвукового скважинного излучателя являются отсутствие потерь мощности в кабеле и высокая амплитуда колебаний, составляющая более 50 мкм. Увеличение амплитуды в 2 раза приводит к увеличению интенсивности ультразвука в квадрате. Таким образом, значительно увеличатся глубина проникновения ультразвуковых колебаний в призабойную зону и эффективность обработки.Технология может применяться как отдельный вид обработки, так и комплексно с химическими методами влияния на призабойную зону пласта.

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЪЕКТАМ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

Объектами применения технологии могут быть неф­тяные и нагнетательные скважины, которые снизили дебит в процессе эксплуатации из-за закольматированности призабойной зоны пласта. Применение технологии возможно как при капитальном ремонте, так и в действующих скважинах со спущенной колонной НКТ к интервалу перфорации.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Технологический процесс обработки призабойной зоны осуществляется с применением следующего оборудования:– каротажного подъемника с 3-жильным каротажным кабелем;– скважинного ультразвукового генератора с излучателем; – наземного блока питания.Длительность обработки призабойной зоны зависит от ее толщины и составляет, в среднем, 8 часов. Имеется возможность применения метода без остановки скважины. Особую актуальность приобретает применение мощного ультразвука для добычи высоковязкой нефти и битумов в связи с тем, что термогравитационный метод, который широко используется в США и Канаде, где КИН достигает 50 – 60%, не адаптирован к российским условиям, о чем свидетельствуют низкие показатели КИН. Кроме того, нагрев паром высоковязкой нефти приводит к большим потерям тепла при его подаче и образованию трудноразделимых эмульсий.ООО НПФ «Промприбор» экспериментально показал, что уже при увеличении мощности ультразвукового излучателя до 4 кВт на первый план выходит термическое воздействие ультразвука и достигается нагрев битума свыше 120 °С (рис. 2). При этом нагрев можно проводить в течение длительного времени, т.к. мощные акустические течения препятствуют образованию коксующейся корки на излучателе. Показано, что при таком нагреве происходит объемное расширение битума, что способствует его вытеснению из породы.Схемотехника разработанного ООО НПФ «Промприбор» скважинного излучателя позволяет подавать в зону обработки легкие фракции нефти или растворители, которые под воздействием мощных акустических течений смешаются с битумом, значительно снизят его вязкость и облегчат транспортировку. В перспективе мощный ультразвук можно использовать для добычи высоковязкой нефти и битумов не только в вертикальных, но и горизонтальных скважинах, размещая в них цепочки скважинных излучателей.

Комментарии посетителей сайта

Авторизация

Мезиков В.К.

к.т.н., доцент, заместитель директора

ООО НПФ «Промприбор»

Ключевые слова: ООО НПФ «Промприбор», добыча высоковязкой нефти, добыча битума, мощный ультразвук, ультразвуковой генератор, скважинный излучатель

Keywords: NPF «Prompribor» LLC, the extraction of heavy oil, the bitumen extraction, a powerful ultrasound, ultrasonic generator, borehole emitter

Просмотров статьи: 2846

burneft.ru

устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения - патент РФ 2382933

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при проектировании промысловых и магистральных трубопроводов, а также при транспортировке нефти на терминалах. Техническим результатом изобретения является возможность снижения вязкости нефти и нефтепродуктов с высоким содержанием смол, асфальтенов и парафинов, путем комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения. Установка состоит из секции микроволновой обработки, содержащей круглый волновод 1, в который поступает через окна связи 2 микроволновая энергия от магнетронных генераторов, каждый из которых подключен к рупорным излучателям 3, установленным на круглом волноводе с коаксиально расположенной внутри него трубой 4 из радиопрозрачного материала, и модуля ультразвуковой обработки, содержащего цилиндрические магнитострикционные излучатели 5 с запрессованными внутрь каждого излучателя металлическими стаканами, которые сваркой соединены в трубу 6. Трубы 4 и 6 стыкуются через фланец 7. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил. устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933

Рисунки к патенту РФ 2382933

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при проектировании промысловых и магистральных трубопроводов, а также при транспортировке нефти на терминалах.

Известно снижение вязкости нефти в системах трубопроводов, которое производится с применением:

- термообработки. Для этого используются жаровые трубы, на поверхности которых температура нефти больше, чем в остальном объеме, что приводит к структурным изменениям, ухудшающим ее характеристики;

- добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ). Этот способ не является универсальным, так как эффект снижения вязкости зависит от химического состава нефти, что требует «индивидуального» подбора ПАВ;

- смешивание нефти высокой вязкости с нефтью, имеющей низкую вязкость, т.е. легкой. Такой способ экономически невыгоден и, кроме этого, предусматривает наличие легкой нефти на промыслах, что не всегда выполняется.

Известно устройство уменьшения вязкости нефтепродукта в виде ультразвуковой антенны или фазированной антенной решетки. Сфокусированным ультразвуковым излучением проводят сканирование по всему объему нефтепродукта (см. заявку на изобретение РФ № 93047039, МПК F17D 1/16).

Данное решение технически труднореализуемо и осуществляется только за счет звуковой энергии, что требует больших энергетических затрат на ее получение. В этом случае воздействие идет на холодную нефть, в которой еще сильны связи между ее структурными образованиями.

Известно, что для снижения вязкости нефти можно использовать источник высокочастотного электромагнитного поля (см. Ширяева Р.Н., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н, Сагитова Ч.Х. О реологических свойствах нефтей с высоким содержанием смол и асфальтенов. Химия и технология топлив и масел, № 3, 2006).

Недостаток заключается в том, что использование только высокочастотного электромагнитного поля для улучшения реологических свойств нефтей с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ не всегда целесообразно. Обычный термонагрев может давать лучше результаты, что, по-видимому, связано с поляризацией смолистых компонентов в электромагнитном поле и, как следствие, образование крупных ассоциатов, увеличивающих вязкость нефти.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей полевой обработки нефти путем комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения.

Техническим результатом изобретения является возможность снижения вязкости нефти и нефтепродуктов с высоким содержанием смол, асфальтенов и парафинов.

Поставленная задача решается тем, устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки, при этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри каждого металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну, труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы.

Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода выбраны из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.

Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода подбираются из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.

Изобретение поясняется чертежом фрагмента установки, где

1 - круглый волновод;

2 - окно связи;

3 - рупорный излучатель;

4 - труба из радиопрозрачного материала;

5 - магнитострикционный излучатель;

6 - колонна модуля ультразвуковой обработки;

7 - фланцы.

Установка состоит из секции микроволновой обработки, содержащей круглый волновод 1, в который поступает через окна связи 2 микроволновая энергия от магнетронных генераторов (на чертеже не показаны), каждый из которых подключен к рупорным излучателям 3, установленным на круглом волноводе с коаксиально расположенной внутри него трубой 4 из радиопрозрачного материала, и модуля ультразвуковой обработки, содержащего цилиндрические магнитострикционные излучатели 5 запрессованными внутрь каждого излучателя металлическими стаканами, которые сваркой соединены в трубу 6. Трубы 4 и 6 стыкуются через фланец 7. Рубашки охлаждения магнитострикционных излучателей на чертеже не показаны.

Установка работает в проточном режиме. Движущийся поток нефти сначала проходит зону воздействия микроволнового поля, а затем ультразвукового воздействия. Возможна и обратная последовательность обработки.

Действие ее основано на следующих факторах.

Асфальтены в нефти находятся в коллоидном состоянии. Полярные компоненты смол, адсорбируясь на поверхности частиц асфальтенов, образуют сольватные оболочки, способствующие объединению асфальтеновых частиц в крупные агрегаты. В микроволновом поле дипольные молекулы смол совершают колебательные движения, что приводит к появлению термоупругих напряжений в сольватной оболочке, которые вызывают понижение ее прочности и разрушение. В результате этого процесса вероятность слипания асфальтеновых ядер в крупные агрегаты уменьшается и, как следствие, уменьшается вязкость.

Кавитационные эффекты, возникающие при воздействии ультразвука на нефть, препятствуют объединению поляризованных ассоциатов в крупные структуры, диспергируя их на более мелкие группы молекул. Обработка нефти микроволновым полем и ультразвуком позволяет получать пониженное значение ее вязкости, сохраняющиеся в течение длительного промежутка времени - несколько суток.

Пример. Проверка описываемого способа на пилотной установке производительностью 2 литра/мин выполнялась с образцами нефти Щельяюрской группы, физико-химические характеристики которой даны в таблице 1.

Реологические свойства исследовались на вибрационном вискозиметре SV-10.

В качестве источников микроволнового излучения использовались магнетронные генераторы мощностью 1000 Вт каждый, работающие на частоте 2450 МГц. В качестве источников ультразвука использовались серийные магнитострикционные излучатели от установки УПХА-Р16, работающие на частоте 16 кГц. Нефть транспортировалась по трубе с внутренним диаметром 76 мм.

Образцы нефти, после одного прохождения ее через модуль обработки, помещались в термостат на 46 часов, после чего проводились измерения вязкости, результаты которых приведены в таблице 2. Получено, что независимо от физико-химического характера нефти оптимальным вариантом является ее комплексная обработка микроволновым излучением и ультразвуковым воздействием.

Таблица 1
ПоказателиМакарьельское месторождениеНизевое месторождение
Плотность при 20°С, кг/м3 869,8885,7
Содержание % (масс)
воды46,2 52,3
парафинов 1,37 5,71
асфальтенов 2,54 6,65
смол 8,72 7,12
устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933
Таблица 2
Способ обработки Снижение вязкости в % относительно исходного состояния
устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933Макарьельское месторождениеНизевое месторождение
Микроволновая энергия 1612
Ультразвук 118
Комбинированное устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933
воздействие микроволн33 23
и ультразвукаустройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, патент № 2382933

Предлагаемая конструкция обеспечивает распределенное в пространстве микроволновое излучение, которое позволяет получить длительную обработку нефти и, в совокупности с кавитационными эффектами ультразвука, синергетический результат. При необходимости часть магнетронных генераторов или магнитострикционных излучателей отключаются, что позволяет экономно использовать электроэнергию. Если обработка нефти одним модулем не дает эффекта снижения вязкости до требуемой величины, число модулей увеличивается, что представляет собой простую операцию стыковки труб через фланцевые соединения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, характеризующееся тем, что оно содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки, при этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри каждого, металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну, труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода выбраны из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.

www.freepatent.ru

Изменение реологических свойств высоковязкой структурированной нефти при ультразвуковой обработке

КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗА

КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗА УДК 536.44 КРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗА Е. Р. Лихачев Воронежский государственный университет Поступила в редакцию 01.03.2013 г. Аннотация: показано, что кроме критических параметров системы «жидкость-газ»

Подробнее

УДК 544.03 ВЛИЯНИЕ ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ МАРГАРИНОВ БРУСКОВОГО ТИПА НА ИХ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Арет В.А., д.т.н., профессор; Николаев Б.Л., к.т.н., доцент; Николаев Л.К., д.т.н. профессор. Санкт-Петербургский

Подробнее

ЦЕЛЬ РАБОТЫ ЗАДАЧИ ВВЕДЕНИЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ ЗАДАЧИ ВВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.33 ПОГЛОЩЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ВОЗДУХЕ ЦЕЛЬ РАБОТЫ Исследовать поглощение ультразвука в воздухе. ЗАДАЧИ 1. Определить зависимость интенсивности ультразвуковой волны в воздухе от расстояния

Подробнее

УДК Нефтегазовое дело, 2005

УДК Нефтегазовое дело, 2005 УДК 622.276.21 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ НЕФТИ ПРИ ТЕЧЕНИИ В КАРБОНАТНЫХ ПОРИСТЫХ СРЕДАХ Гафаров Ш.А., Шамаев Г.А. Уфимский государственный нефтяной технический университет

Подробнее

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО Кафедра экспериментальной физики СПбГПУ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 202 ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА И ПОЛУПРОВОДНИКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ Определение температурного коэффициента сопротивления

Подробнее

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЦЕН НА ДОБЫЧУ НЕФТИ

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЦЕН НА ДОБЫЧУ НЕФТИ УДК 338.5665.6/7 (470+571) АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЦЕН НА ДОБЫЧУ НЕФТИ Трофимчук Тимур Станиславович кандидат экономических наук, старший преподаватель кафедры экономики, менеджмента и предпринимательства E-mail:[email protected]

Подробнее

А.В. ПОНОМАРЕВА, А.В. МОСКОВЦОВА

А.В. ПОНОМАРЕВА, А.В. МОСКОВЦОВА 127 А.В. ПОНОМАРЕВА, А.В. МОСКОВЦОВА Использование методов предварительной обработки данных при анализе временных рядов УДК 004.9 Харьковский Национальный Университет Радиоэлектроники, г.харьков, Украина

Подробнее

INNOVATIVE VIEWS OF YOUNG SCIENTISTS

INNOVATIVE VIEWS OF YOUNG SCIENTISTS SWorld 19-26 April 2016 http://www.sworld.education/conference/molodej-conference-sw/the-content-of-conferences/archives-of-individual-conferences/april-2016 INNOVATIVE VIEWS OF YOUNG SCIENTISTS 2016 Технические

Подробнее

RU (11) (19) (51) МПК E21B 43/24 ( )

RU (11) (19) (51) МПК E21B 43/24 ( ) РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК E21B 43/24 (2006.01) 2 418 945 (13) C1 R U 2 4 1 8 9 4 5 C 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подробнее

«Экономика и социум» 6(25) 2016

«Экономика и социум» 6(25) 2016 УДК 330 Байкова Э.Р., кандидат экономических наук, доцент кафедры «Общей экономической теории» Башкирский государственный университет Россия, г. Уфа Астахов Г.Л. студент 1 курс, факультет «Механический»

Подробнее

ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ УДК 528 В. И. Решняк, д-р техн. наук, профессор, СПГУВК; А. С. Курников, д-р техн. наук, профессор, ФГО ВПО «Волжская академия водного транспорта»; К. В. Решняк, аспирант,

Подробнее

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА. Лекция 14

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА. Лекция 14 ЧАСТЬ 8 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА Лекция 4 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАДАЧИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ: определить понятие генеральной и выборочной совокупности и сформулировать три типичные задачи

Подробнее

( А) 1/2 = tg α (1/Т 1/Т кр ), (1)

( А) 1/2 = tg α (1/Т 1/Т кр ), (1) УДК 556.013 ЛИНЕЙНЫЕ АППРОКСИМАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ СВОЙСТВ ВОДЫ Холманский А.С. ([email protected]) ГНУ ВНИИ электрификации сельского хозяйства Получены линейные аппроксимации аномальных температурных

Подробнее

Реометр RHEOTEST RN 4.1

Реометр RHEOTEST RN 4.1 Реометр RHEOTEST RN 4.1 Основные применения Краски, лаки и покрытия Полимеры и смазочные материалы Фармацевтика и косметика Пищевая и вкусовая промышленность Строительные материалы и штукатурка Битумы

Подробнее

ЩЕРЕДИН А. С., БАЛЫКОВ А. С

ЩЕРЕДИН А. С., БАЛЫКОВ А. С ЩЕРЕДИН А. С., БАЛЫКОВ А. С. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «ИДЕНТИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ПОРИСТОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ» ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ФРАКТАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОСТИ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ

Подробнее

Процедура Экспресс-оценки

Процедура Экспресс-оценки Процедура Экспресс-оценки Канонические определения рыночной стоимости объекта оценки трактуют ее как наиболее вероятную величину цены по которой данный объект оценки может быть отчужден на открытом рынке

Подробнее

docplayer.ru

Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при проектировании промысловых и магистральных трубопроводов, а также при транспортировке нефти на терминалах. Техническим результатом изобретения является возможность снижения вязкости нефти и нефтепродуктов с высоким содержанием смол, асфальтенов и парафинов, путем комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения. Установка состоит из секции микроволновой обработки, содержащей круглый волновод 1, в который поступает через окна связи 2 микроволновая энергия от магнетронных генераторов, каждый из которых подключен к рупорным излучателям 3, установленным на круглом волноводе с коаксиально расположенной внутри него трубой 4 из радиопрозрачного материала, и модуля ультразвуковой обработки, содержащего цилиндрические магнитострикционные излучатели 5 с запрессованными внутрь каждого излучателя металлическими стаканами, которые сваркой соединены в трубу 6. Трубы 4 и 6 стыкуются через фланец 7. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при проектировании промысловых и магистральных трубопроводов, а также при транспортировке нефти на терминалах.

Известно снижение вязкости нефти в системах трубопроводов, которое производится с применением:

- термообработки. Для этого используются жаровые трубы, на поверхности которых температура нефти больше, чем в остальном объеме, что приводит к структурным изменениям, ухудшающим ее характеристики;

- добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ). Этот способ не является универсальным, так как эффект снижения вязкости зависит от химического состава нефти, что требует «индивидуального» подбора ПАВ;

- смешивание нефти высокой вязкости с нефтью, имеющей низкую вязкость, т.е. легкой. Такой способ экономически невыгоден и, кроме этого, предусматривает наличие легкой нефти на промыслах, что не всегда выполняется.

Известно устройство уменьшения вязкости нефтепродукта в виде ультразвуковой антенны или фазированной антенной решетки. Сфокусированным ультразвуковым излучением проводят сканирование по всему объему нефтепродукта (см. заявку на изобретение РФ №93047039, МПК F17D 1/16).

Данное решение технически труднореализуемо и осуществляется только за счет звуковой энергии, что требует больших энергетических затрат на ее получение. В этом случае воздействие идет на холодную нефть, в которой еще сильны связи между ее структурными образованиями.

Известно, что для снижения вязкости нефти можно использовать источник высокочастотного электромагнитного поля (см. Ширяева Р.Н., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н, Сагитова Ч.Х. О реологических свойствах нефтей с высоким содержанием смол и асфальтенов. Химия и технология топлив и масел, №3, 2006).

Недостаток заключается в том, что использование только высокочастотного электромагнитного поля для улучшения реологических свойств нефтей с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ не всегда целесообразно. Обычный термонагрев может давать лучше результаты, что, по-видимому, связано с поляризацией смолистых компонентов в электромагнитном поле и, как следствие, образование крупных ассоциатов, увеличивающих вязкость нефти.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей полевой обработки нефти путем комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения.

Техническим результатом изобретения является возможность снижения вязкости нефти и нефтепродуктов с высоким содержанием смол, асфальтенов и парафинов.

Поставленная задача решается тем, устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки, при этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри каждого металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну, труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы.

Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода выбраны из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.

Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода подбираются из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.

Изобретение поясняется чертежом фрагмента установки, где

1 - круглый волновод;

2 - окно связи;

3 - рупорный излучатель;

4 - труба из радиопрозрачного материала;

5 - магнитострикционный излучатель;

6 - колонна модуля ультразвуковой обработки;

7 - фланцы.

Установка состоит из секции микроволновой обработки, содержащей круглый волновод 1, в который поступает через окна связи 2 микроволновая энергия от магнетронных генераторов (на чертеже не показаны), каждый из которых подключен к рупорным излучателям 3, установленным на круглом волноводе с коаксиально расположенной внутри него трубой 4 из радиопрозрачного материала, и модуля ультразвуковой обработки, содержащего цилиндрические магнитострикционные излучатели 5 запрессованными внутрь каждого излучателя металлическими стаканами, которые сваркой соединены в трубу 6. Трубы 4 и 6 стыкуются через фланец 7. Рубашки охлаждения магнитострикционных излучателей на чертеже не показаны.

Установка работает в проточном режиме. Движущийся поток нефти сначала проходит зону воздействия микроволнового поля, а затем ультразвукового воздействия. Возможна и обратная последовательность обработки.

Действие ее основано на следующих факторах.

Асфальтены в нефти находятся в коллоидном состоянии. Полярные компоненты смол, адсорбируясь на поверхности частиц асфальтенов, образуют сольватные оболочки, способствующие объединению асфальтеновых частиц в крупные агрегаты. В микроволновом поле дипольные молекулы смол совершают колебательные движения, что приводит к появлению термоупругих напряжений в сольватной оболочке, которые вызывают понижение ее прочности и разрушение. В результате этого процесса вероятность слипания асфальтеновых ядер в крупные агрегаты уменьшается и, как следствие, уменьшается вязкость.

Кавитационные эффекты, возникающие при воздействии ультразвука на нефть, препятствуют объединению поляризованных ассоциатов в крупные структуры, диспергируя их на более мелкие группы молекул. Обработка нефти микроволновым полем и ультразвуком позволяет получать пониженное значение ее вязкости, сохраняющиеся в течение длительного промежутка времени - несколько суток.

Пример. Проверка описываемого способа на пилотной установке производительностью 2 литра/мин выполнялась с образцами нефти Щельяюрской группы, физико-химические характеристики которой даны в таблице 1.

Реологические свойства исследовались на вибрационном вискозиметре SV-10.

В качестве источников микроволнового излучения использовались магнетронные генераторы мощностью 1000 Вт каждый, работающие на частоте 2450 МГц. В качестве источников ультразвука использовались серийные магнитострикционные излучатели от установки УПХА-Р16, работающие на частоте 16 кГц. Нефть транспортировалась по трубе с внутренним диаметром 76 мм.

Образцы нефти, после одного прохождения ее через модуль обработки, помещались в термостат на 46 часов, после чего проводились измерения вязкости, результаты которых приведены в таблице 2. Получено, что независимо от физико-химического характера нефти оптимальным вариантом является ее комплексная обработка микроволновым излучением и ультразвуковым воздействием.

Таблица 1
Показатели Макарьельское месторождение Низевое месторождение
Плотность при 20°С, кг/м3 869,8 885,7
Содержание % (масс)
воды 46,2 52,3
парафинов 1,37 5,71
асфальтенов 2,54 6,65
смол 8,72 7,12
Таблица 2
Способ обработки Снижение вязкости в % относительно исходного состояния
Макарьельское месторождение Низевое месторождение
Микроволновая энергия 16 12
Ультразвук 11 8
Комбинированное
воздействие микроволн 33 23
и ультразвука

Предлагаемая конструкция обеспечивает распределенное в пространстве микроволновое излучение, которое позволяет получить длительную обработку нефти и, в совокупности с кавитационными эффектами ультразвука, синергетический результат. При необходимости часть магнетронных генераторов или магнитострикционных излучателей отключаются, что позволяет экономно использовать электроэнергию. Если обработка нефти одним модулем не дает эффекта снижения вязкости до требуемой величины, число модулей увеличивается, что представляет собой простую операцию стыковки труб через фланцевые соединения.

1. Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, характеризующееся тем, что оно содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки, при этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри каждого, металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну, труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода выбраны из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.

www.findpatent.ru

влияние ультразвука на реологические свойства нефти, Геология

Пример готового реферата по предмету: Геология

Введение 3

1. Реологические особенности нефти 4

1.1. Понятие реологии и ее влияние на показатели нефти 4

1.2. Реология нефтей, обработанных ультразвуковым излучением 11

2. Влияние ультразвуковых волн на реологические показатели нефтей и ее составляющих. 15

2.1. Методы активирования углеводородного сырья воздействием ультразвука 15

2.2. Модельный нефтепровод для изучения влияния физических полей на реологические показатели нефтей и водонефтяных эмульсий 18

2.3. Применение программного комплекса ANSYS/FLUENT при анализе транспортировки аномальных нефтей, обработанных ультразвуковым излучением 21

2.4. Влияние ультразвуковой обработки на вязкость битума как нефтесодержащего вещества 28

Заключение 34

Список использованных источников 35

Содержание

Выдержка из текста

На рис. 3.2 представлена зависимость вязкости обрабатываемой нефтей от температуры. Исследования проводились в интервале от

2. до 80(С, в интервале от

2. до 40(С с более коротким температурным шагом.

Обработка ультразвуковым излучением проводилась в течение двадцати минут, давление

10. кПа.

Исходя из данных, представленных на графике, следует, что ультразвук мощностью

1. Вт/см 2 при довольно продолжительном воздействии производит эффект уменьшения вязкости динамической аномальной нефтей в среднем на 35%.

Предположительно, этот эффект происходит вследствие возникновения сильного эффекта кавитации, который, в свою очередь, ускоряет диффузию нефтей в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения.

Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефтей на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина. Нефть не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому данная система оказывает существенное сопротивление силам сдвига. Кавитация разрывает непрерывную цепочку, разрушая при этом связи между отдельными частями молекул. Связи эти сравнительно малы, поэтому требуется несущественное воздействие акустических волн.

Рисунок 2.3 — Необработанные Харьянгинская нефть и нефть, обработанная ультразвуковым излучением мощностью

1. Вт/см 2

Таким образом, кавитация оказывает влияние на изменение структурной вязкости, т. е. на временный разрыв Вандервальсовых связей.

Растет течение нефтей до обработки и после с дальнейшим сравнением полученных результатов проводился в программном комплексе ANSYS/FLUENT. Пакет предназначен для моделирования сложных течений жидкостей и газов с широким интервалом изменения теплофизических показателей посредством обеспечения различных параметров моделирования и использования многосеточных способов с улучшенной сходимостью.

ANSYS/FLUENT использует при расчете метод конечных элементов (МКЭ).

МКЭ — сеточный метод, при котором модель объекта задается системой дифференциальных уравнения в частных производных с заданными краевыми условиями.

Для описания турбулентных течений вязких жидкостей в программном комплексе ANSYS/FLUENT реализован подход, в основе которого лежит решение уравнений Навье-Стокса. Хотя нестандартные уравнения Навье-Стокса дают возможность описания реальных турбулентных течений, практическое их исследование способами прямого численного моделирования по системе уравнений Навье-Стокса на сегодня затруднено из-за больших вычислительных затрат. Поэтому в компьютерном моделировании гидродинамических процессов применяется подход, основанный на использовании осредненных по времени величин. В итоге решение модифицированных уравнений требует намного меньше машинных ресурсов. Для замыкания полученных уравнений используются различные модели турбулентности.

Ни одна из известных моделей турбулентности не является универсальной для всех существующих классов инженерных задач. Выбор оптимальной модели имеет зависимость от типа течения, специфического класса задачи, требуемой точности решения, доступных вычислительных ресурсов и т. п.

Для проведения требуемого численного анализа была построена виртуальная модель, представляющая собой надземный нефтепровод условным диаметром

45. мм, длиной 300 м, без теплоизоляции. Модель состояла из трех тел: тела нефти, тела трубы и набегающего на нее холодного воздуха (окружающая среда).

Расчет виртуальной модели проводился на основе k-(RNG-модели турбулентности, ввиду того, что по сравнению с остальными моделями, которые имеются в наличии в программном комплексе ANSYS/FLUENT, она обладает оптимальной для поставленной задачи точностью и, в то же время, не слишком требовательна к вычислительным машинным ресурсам.

Одним из условий получения корректных CFD-результатов (CFD — Computational Fluid Dynamics — вычислительная гидродинамика) является создание высококачественной расчетной сетки.

Расчетная сетка модели перекачиваемой нефтей состояла из 1 299 806 элементов с 459 671 узлами, модель окружающей среды — из 238 075 элементов с 293 832 узлами. Ввиду наличия повышенных градиентов скоростей и температур в пристеночной области, важным является условие создания в этой зоне сетки повышенной точности. по сравнению с ядром потока. т. е. с минимальным размером ячеек.

Граничными условиями для виртуальной модели являлись следующие параметры: скорость нефтей на входе трубы 0,8 м/с; давление нефтей на выходе 1 001 202 Па; начальная температура нефтей 47 (С; скорость потока воздуха 3 м/с; температура воздуха -20(С.

Ниже представлены результаты расчета. После обработки нефтей градиент падения ее температуры по длине нефтепровода возрастает (см. рис. 2.4).

Это объясняется увеличением интенсивности процесса тепломассопереноса при внутритрубном течении нефтей ввиду уменьшения ее вязкости.

Рисунок 2.4 — График падения температуры нефтей по длине нефтепровода нефть и нефть, обработанная ультразвуковым излучением мощностью

1. Вт/см 2

Однако, несмотря на то, что процесс охлаждения обработанной нефтей происходит более интенсивно, чем для исходной нефтей при прочих равных условиях, в целом это явление слабо оказывает влияние на положительный эффект по снижению линейных потерь напора вдоль нефтепровода. Кривая падения давления для нефтепровода, транспортирующего обработанную нефть, имеет меньшую величину уклона по сравнению с кривой, построенной для исходной нефтей (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 — Линии гидравлического уклона

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

  • Ввиду своей универсальности и экономической целесообразности метод обработки высоковязких нефтей ультразвуковым излучением высокой мощности (15 Вт/см

2. является перспективным при решении вопросов уменьшения энергетических расходов на их транспортировку. Однако, этот эффект требует дополнительных исследований. В дальнешем предполагается провести аналогичные исследования ысокопарафинистойнефтей с применением ультразвукового излучения еще более высокой мощности (свыше

1. Вт) на единицу площади.

Метод численного эксперимента позволяет проанализировать характер течения исходной и обработанной нефтей с высокой точностью, а также позволяет отказаться от лабораторных испытаний по сравнительному анализу рассматриваемых нефтей. Кроме того, использование математического аппарата при моделировании движения жидкости позволяет с легкостью варьировать заданные исходные показатели с целью нахождения оптимального решения поставленной задачи.

2.4. Влияние ультразвуковой обработки на вязкость битума как нефтесодержащего вещества

Качество асфальтобетона имеет зависимость как от технологических критериев, так и от состава и показателей вяжущего, применяемого при производстве смеси. Содержание вяжущего в смеси имеет зависимость от особенностей формирования его адсорбционно-сольватных слоев на поверхности минеральных материалов. В частности, одним из важных технологических показателей битума является его вязкость при температурах производства смеси.

Одним из основных способов целенаправленного изменения и регулирования структурно-реологических показателей битумов является использование добавок различной химической природы, структурирующих битумную матрицу. Исследования структурно-реологических показателей композиций сводятся к описанию закономерностей их течения и являются важным инструментом, который позволяет прогнозировать работу материала в условиях его эксплуатации.

Применение ультразвукового излучения в области дорожно-строительных материалов было рассмотрено в Харьковском автомобильно-дорожном институте Золотарёвым В.А., Зинченко В.Н. и их коллегами еще в 1970-х годах. В соответствие с данными материалами, ультразвуковая обработка битума снижает его вязкость и повышает адгезию. Эффект ультразвуковой обработки длится определенный временной интервал, поэтому оценивать показатели вяжущего требуется в кратчайшие сроки после обработки.

При проведении эксперимента использовался ротационный вискозиметр Fungilab Expert позволяющий определять динамическую или кинематическую вязкость среды (рис. 2.6).

В комплекте с вискозиметром поставляются специальные шпиндели для различных интервалов величины вязкости.

Рисунок 2.6 — Общий вид ротационного вискозиметра Fungilab Expert

Показатели вискозиметра:

  • — Точность ± 1%
  • Разрешение:
  • При использовании адаптера малых проб: 0.01

Для образцов с вязкостью меньшей 10.000 сПз: 0.1

Для образцов с вязкостью равной или большей 10.000 сПз: 1

  • Воспроизводимость: 0.2%

Для определения зависимости вязкости битума от режимов ультразвуковой обработки, сначала требуется получить величину вязкости исходного битума до обработки при различных температурах. Был рассмотрен температурный интервал от 100 °C до 180 °C, который перекрывает основной интервал технологических температур вяжущего, а также соответствует определенному уровню разрушения надмолекулярной структуры битума.

В центр ёмкости с предварительно разогретым до 180 °C битумом помещался измерительный шпиндель вискозиметра, проводилось измерение вязкости в сантипуазах при данной температуре. За значение вязкости принимался усреднённый итог трёх замеров. Дальнейшие измерения при охлаждении битума осуществлялись в интервале

10 °C до достижения битумом 100 °C.

Рисунок 2.7 — Зависимость вязкости от температуры

По графической обработке полученных данных (рис.

2. получена зависимость вязкости битума от температуры. Основываясь на полученных итогах, можно определить изменения вязкости битума после ультразвуковой обработки в любой точке технологического интервала температуры. В дальнейших исследованиях была принята температура 150 °C.

Для проведения испытаний применялась ультразвуковая установка, собранная на основе стержневой магнитострикционной колебательной системы, имеющей потребляемую мощность 1,5 кВт и резонансную частоту

2. кГц. Колебательная система возбуждалась ультразвуковым генератором УЗГ-2−22 мощностью 2,0 кВт, который снабжен системами автоматической подстройки частоты и амплитуды колебаний.

Проба битума подвергалась ультразвуковой обработке с амплитудой смещения 5 мкм в течение 30, 60, 90 секунд, после каждых тридцати с обработки проводилось измерение вязкости. Изменение величины вязкости оценивалось в процентах относительно исходного необработанного битума.

Из графика, построенного по полученным данным (рис. 2.7) можно сделать ряд выводов. Снижение вязкости битума наблюдается уже после 30 секунд обработки, далее снижение величины продолжается и достигает минимума при 60 секундах, что соответствует максимальному значению диэлектрической проницаемости, полученному ранее [4].

При длительности обработки более 60 секунд наблюдается стабилизация величины вязкости, а значение, которое получено при 90 с отличается незначительно от величины при 60 с.

Рисунок 2.8 — Зависимость вязкости от времени обработки ультразвуковым излучением

Полученные результаты объясняются разрушением надмолекулярной структуры битума, в частности мицелл асфальтенов с образованием свободных радикалов. Снижение вязкости битума с одновременным увеличением адгезии является важным условием для обеспечения равномерной тонкой плёнки вяжущего, которое покрывает поверхность минеральных материалов, т.к. равномерность и полнота покрытия имеют зависимость от величины смачивания битумом минералов. Величина смачивания битумом поверхности минерального материала определяется, среди прочих условий, молекулярно-поверхностными показателями битума и его вязкостью.

Рисунок 2.8 — Вискозиметр вибрационный ВВН-8 с блоком управления

При переходе от лабораторных условий к производственным, требуется учитывать, что вязкость битума должна быть измерена в непрерывном потоке при технологических температурах. Для этой задачи выбран вибрационный вискозиметр ВВН-8, осуществляющий непрерывное измерение и регулирование вязкости (рис. 2.8).

Этот аппарат может быть использован как самостоятельно, так и с устройством пробоотбора и пробоподготовки.

В основу работы вискозиметра ВВН-8 положен вибрационный метод измерения вязкости, заключающийся в том, что в измерительном преобразователе при помощи электромагнитной схемы поддерживается постоянная амплитуда колебаний чувствительного вибрационного элемента, который погружен в анализируемую жидкость, при этом измеряется значение переменного тока, протекающего в цепи возбуждения электромагнитной системы, который пропорционален вязкости анализируемой жидкости.

Рисунок 2.9 — Схема установки вискозиметра ВВН-8 на битумопровод

Конструкция и показатели данного вискозиметра позволяют смонтировать его в комплексе технологического оборудования для ультразвуковой обработки битума на асфальтобетонных заводах (рис. 2.9).

Вискозиметр может быть установлен как после узла ультразвуковой обработки битума, так и перед ним, таким образом, появляется возможность определять изменения, которые вносятся однократным проходом битума через ультразвуковую установку.

Выполненные исследования и рассмотренное оборудование позволяют измерять вязкость битума, прошедшего ультразвуковую обработку, как в лабораторных, так и в производственных условиях. Вискозиметры ВВН-8 в сочетании с измерителями температуры битума и измерительными конденсаторами для оценки величины адгезии по показателю диэлектрической проницаемости позволяют оценивать нужные технологические показатели битума в итоге производства асфальтобетонных смесей.

Заключение

Таким образом, можно подвести следующие итоги.

Ультразвуковая обработка оказывает существенное влияние на дисперсное строение нефтей. В случае нефтей с повышенным содержанием смол наблюдается эффективное долговременное снижение вязкости нефтей за счет разрушения структуры асфальтенового ядра дисперсной фазы. Доказано, что ультразвуковая обработка высокопарафинистой нефтей приводит к возрастанию структурной вязкости в несколько раз, по-видимому, за счет диспергирования кристаллической фазы парафиновых углеводородов и взаимодействия их с асфальтенами.

Также ультразвук оказывает существенное влияние на реологию нефтей.

Установлено, что комплексное воздействие постоянного, импульсного магнитного поля и ультразвуковых колебаний приводит к более значительному уменьшению динамической вязкости высокопарафинистых нефтей, чем при раздельной обработке магнитным полем или ультразвуковыми колебаниями.

Специалистами определены параметрические показатели магнитного поля и ультразвуковых колебаний, которые позволили разработать методику изменения реологических показателей аномальных нефтей в целях сокращения энергетических расходов на их транспортировку.

Установлено увеличение времени релаксации высокопарафинистой нефтей (по сравнению с тепловой обработкой) не менее трех суток при комплексном воздействии магнитного поля и ультразвуковых колебаний.

Список использованных источников

Илюшин Б.Б. Моделирование процессов переноса в турбулентных течениях: учеб. пособие / Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 2006. — 78 с.

Крапивский Е.И., Некучаев В.О., Козачок М.В. О возможности изменения реологических показателей транспортируемой высоковязкой нефтей с помощью физических полей. Материалы всероссийской конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» УГТУ (г. Ухта).

12−13 ноября 2009. — с. 194−196.

Патанкар С.В. Численное решение целей теплопроводности и конвективного теплового обмена при течении в каналах: Пер. с англ. Е.В. Калабина; под ред. Г. Г. Янькова. — М.: Издательство МЭИ, 2003. — 312 с.

Применение схемы ANSYS/FLUENTк решению целей механики сплошной среды. Практическое руководство / Под ред. Проф. А.К. Любимова. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2006. —  227 с.

Илюшин Б.Б. Моделирование процессов переноса в турбулентных течениях: учеб. пособие / Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 2006. — 78 с.

Патанкар С.В. Численное решение целей теплопроводности и конвективного теплового обмена при течении в каналах: Пер. с англ. Е.В. Калабина; под ред. Г. Г. Янькова. — М.: Издательство МЭИ, 2003. — 312 с.

Крапивский Е.И., Некучаев В.О., Козачок М.В. О возможности изменения реологических показателей транспортируемой высоковязкой нефтей с помощью физических полей. Материалы всероссийской конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» УГТУ (г. Ухта).

12−13 ноября 2009. — с. 194−196.

Применение схемы ANSYS/FLUENTк решению целей механики сплошной среды. Практическое руководство / Под ред. Проф. А.К. Любимова. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2006. —  227 с.

2

Список источников информации

1. Илюшин Б.Б. Моделирование процессов переноса в турбулентных течениях: учеб. пособие / Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 2006. — 78 с.

2. Крапивский Е.И., Некучаев В.О., Козачок М.В. О возможности изменения реологических показателей транспортируемой высоковязкой нефтей с помощью физических полей. Материалы всероссийской конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» УГТУ (г. Ухта).

12−13 ноября 2009. — с. 194−196.

3. Патанкар С.В. Численное решение целей теплопроводности и конвективного теплового обмена при течении в каналах: Пер. с англ. Е.В. Калабина; под ред. Г. Г. Янькова. — М.: Издательство МЭИ, 2003. — 312 с.

4. Применение схемы ANSYS/FLUENTк решению целей механики сплошной сре-ды. Практическое руководство / Под ред. Проф. А.К. Любимова. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2006. — 227 с.

список литературы

referatbooks.ru

Комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к добыче высоковязкой нефти с использованием энергии упругих колебаний, и может быть реализовано при выполнении работ в условиях низких климатических температур. Комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти содержит насосно-компрессорную трубу с размещенным внутри нее приводом нефтяного насоса и последовательно смонтированную на ней компоновку из нефтяного насоса, перфорированного участка трубы с якорем насоса и скважинного аппарата. Скважинный аппарат выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены герметичная полость и кольцевая камера с радиальными каналами в его корпусе. При этом в герметичной полости размещен источник упругих колебаний высокой частоты, выполненный в виде ультразвукового преобразователя кольцевой формы. Герметичная полость по оси компоновки снабжена стяжкой, имеющей внутренний сквозной канал, ведущий в кольцевую камеру. Скважинный аппарат электрическим кабелем соединен с наземным источником электропитания. При этом комплекс дополнен снабженной наземным насосом линией подачи жидкого химического реагента через внутренний канал стяжки герметичной полости в кольцевую камеру. Перфорированный участок трубы между нефтяным насосом и якорем насоса снабжен отверстием для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента. Техническим результатом является повышение эффективности ультразвуковой обработки за счет интенсификации дополнительного химического воздействия на нефть в обсадной трубе. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к добыче высоковязкой нефти с использованием энергии упругих колебаний, повышению эффективности ультразвуковой обработки за счет интенсификации дополнительного химического воздействия на нефть в обсадной трубе, и может быть реализовано при выполнении работ в условиях низких климатических температур.

Использование изобретения обеспечивает как добычу высоковязкой нефти, так и ее транспортировку к магистральным трубопроводам.

Основными методами освоения вязких нефтей являются термические, газовые, химические и физические с помощью которых, например, в 2000 г. в мире добывалось 122 млн т тяжелой и битуминозной нефти.

На практике реологические характеристики высоковязкой нефти обычно снижают разбавлением более легкими растворителями, нефтью, газоконденсатом. Основной причиной аномальной вязкости тяжелых нефтей и природных битумов считается высокое содержание в них смолисто-асфальтеновых компонентов (САК), при достижении критической концентрации которых наступает резкое изменение реологических свойств и начинают в значительной мере проявляться структурно-механические свойства, что объясняется межмолекулярными взаимодействиями САК [М.Ю.Доломатов, А.Г.Телин, Н.И.Хисамутдинов. Физико-химические основы направленного подбора растворителей асфальтосмолистых веществ // М.: ЦНИИТЭНефтехим. - 1991. - 47 с.].

Известен способ подготовки высоковязкой тяжелой нефти к транспорту [SU 1366772], который позволяет улучшить реологические свойства нефти путем обработки 0.01÷0.03%-ным спиртовым раствором щелочи при массовом соотношении нефти и раствора (100÷150):1 и термообработки при 40÷50°C. Кинематическая вязкость при этом снижается на 20÷30% за счет изменения молекулярной подвижности групповых компонентов нефтяных дисперсных систем.

Недостатком способа является необходимость дополнительного оборудования для термообработки.

Что касается обработки призабойной зоны добывающих скважин нефтяными растворителями [Зарипов И.З., Мустафин Г.Г., Юсупов И.Г., Горюнов В.А. Обработка призабойной зоны пласта нагретым растворителем // Нефтепромысловое дело. №9. С.8-9; Зарипов И.З., Сивухин А.А., Иванов А.И. Обработка призабойной зоны пластов добывающих скважин растворителем без подъема подземного оборудования // Нефтепромысловое дело. - 1981. №6. С.31-32], то, как правило, это приводит к внутрипластовой деасфальтизации нефтей, содержащих большое количество асфальтенов. Применение таких растворителей увеличивает также пожаро- и взрывоопасность при проведении промысловых работ.

Известно устройство для добычи высоковязкой нефти [RU 2008133099], включающее колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в перфорированной на уровне нефтеносного пласта эксплуатационной колонне, установленный внутри насосно-компрессорных труб скважинный насос, линию дозированной подачи маловязкого вещества в межтрубное пространство насосно-компрессорных труб и выпускную линию разбавленной нефти, обеспечивающую разбавление высоковязкой нефти.

Недостатком устройства является относительно сложное аппаратурное оформление, заключающееся в том, что колонна насосно-компрессорных труб выполнена в виде двух концентрично расположенных колонн насосно-компрессорных труб, при этом на нижнем конце насосно-компрессорной трубы с большим диаметром закреплен узел смешения и средоразделитель.

Вторым недостатком является относительно малая активность маловязкого вещества, тогда как известен прием повышения активности одновременным или последовательным воздействием на вещество [RU 2246525], волновыми электромагнитными и акустическими полями с энергией и частотами, соответствующими резонансным частотам и/или частоте колебаний молекул органических соединений.

Подготовку высоковязкой нефти к добыче и транспорту все чаще проводят на основе целенаправленного изменения баланса сил межмолекулярного взаимодействия с целью регулирования степени дисперсности нефтяной системы путем комплексного воздействия химических реагентов и ультразвука.

Известно, что для снижения вязкости нефти можно использовать источник высокочастотного электромагнитного поля [Ширяева Р.Н., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н, Сагитова Ч.Х. О реологических свойствах нефтей с высоким содержанием смол и асфальтенов. Химия и технология топлив и масел, 3, 2006].

Установлено [Владимиров А. И. Разработка волновой технологии и оборудования для транспорта высоковязких нефтей и нефтепродуктов // Учетный номер в БД источника 022000500271. - № госрегистрации. - 01200307565. - 17.01.2005], что воздействие УЗ поля приводит к снижению вязкости нефтей при температуре 25°C до значений, характерных для данных нефтей при их нагревании при температурах 40÷50°C и выше.

Известно устройство [RU 9305476], вырабатывающее ультразвуковую энергию для снижения вязкости нефти. Электроакустический преобразователь ультразвуковой энергии преобразует сигналы переменного электрического тока выбранного напряжения в ультразвуковую энергию, причем преобразователь располагается в обрабатываемом материале и имеет с ним акустическую связь.

Недостаток заключается в том, что использование только высокочастотного электромагнитного поля для улучшения реологических свойств нефтей с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ не всегда целесообразно из-за поляризации смолистых компонентов в электромагнитном поле и, как следствие, образования крупных ассоциатов, увеличивающих вязкость нефти.

Известна установка [RU 2026969], в которой скважинный аппарат соединен с наземным источником электропитания промышленной частоты и содержит в себе один излучающий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, имеющий достаточно узкую амплитудно-частотную характеристику и обеспечивающий создание упругих колебаний высокой частоты на своей резонансной частоте.

Общим существенным недостатком использования только электромагнитного поля является обратимость эффекта воздействия. Так, известно [US 2008257414], что наложение электрического поля напряженностью 6÷10 кВ/см в течение 60 сек позволяет уменьшить вязкость тяжелых нефтесодержащих фракций на 17÷20%, однако уже через 30 минут вязкость восстанавливается наполовину, а через 8÷10 часов полностью, что ограничивает применение указанной технологии для подготовки высоковязкой нефти к транспортировке по трубопроводам.

В известном способе [RU 2108452] химической обработки пласта с применением забойных ультразвуковых генераторов, вначале насосно-компрессорные трубы - НКТ спускают по скважине до забоя, закачивают по ним обрабатывающий состав, затем трубы поднимают на поверхность, а в скважину спускают и размещают против обрабатываемого интервала пласта излучатель ультразвуковых волн. Обработку пласта и скважины ультразвуком проводят в среде этого состава.

Существенный недостаток этого метода с экономической точки зрения - это высокий расход обрабатывающего состава. Также этот способ не позволяет без дополнительного спуска-подъема оборудования удалить продукты разрушения асфальтосмолопарафиновых отложений - АСПО и кольматирующих загрязнений, что, естественно, снижает эффективность обработки.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является комплекс оборудования для реализации способа комплексной обработки призабойной зоны скважины [RU 2261986] (прототип), включающий спускаемую в скважину на колонне насосно-компрессорных труб компоновку с ультразвуковым генератором.

В состав спускаемой в скважину на колонне насосно-компрессорных труб компоновки включен насос, затем перфорированный участок трубы со скважинным аппаратом, содержащим ультразвуковой генератор. Межтрубное пространство выше интервала перфорации разобщено пакером.

Ультразвуковое воздействие на призабойную зону скважины упругими колебаниями ультразвуковой частоты осуществляют в среде активной технологической жидкости и раствора кислоты. В качестве активной технологической жидкости используют растворитель асфальтеносмолопарафиновых отложений.

Недостатком работы указанного комплекса является то, что требуется предварительная продавка раствора кислоты в пласт с технологической выдержкой для реагирования кислоты. И только затем производят дренирование пласта с созданием знакопеременного движения жидкости в интервале перфорации и слабых депрессионных импульсов при постоянном воздействии на пласт ультразвуком с откачкой продуктов реакции и одновременным вымыванием продуктов обработки. Очевидна цикличность процесса.

Вторым недостатком является то, что воздействие ультразвуком осуществляют в интервале перфорации насосно-компрессорных труб, тогда как полезным является воздействие на всю зону продуктивного пласта, в частности на жидкость, находящуюся в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы.

Технической задачей является эффективное комплексное воздействие ультразвука и химических реагентов на реологические свойства нефтей с различным содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов.

Изобретение направлено на создание оборудования, позволяющего в непрерывном режиме с помощью активированного ультразвуком химического реагента значительно снижать вязкость нефти различных месторождений непосредственно в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы и сохранять характеристики вязкости во времени, достаточном для транспортировки добываемой нефти по трубопроводам.

Технический результат достигается тем, что предложен комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, содержащий насосно-компрессорную трубу с размещенным внутри нее приводом нефтяного насоса и последовательно смонтированную на ней компоновку из нефтяного насоса, перфорированного участка трубы с якорем насоса и скважинного аппарата, выполненного в виде цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены герметичная полость и кольцевая камера с радиальными каналами в его корпусе, в герметичной полости размещен источник упругих колебаний высокой частоты, выполненный в виде ультразвукового преобразователя кольцевой формы, герметичная полость по оси компоновки снабжена стяжкой, имеющей внутренний сквозной канал, ведущий в кольцевую камеру, скважинный аппарат электрическим кабелем соединен с наземным источником электропитания, при этом комплекс дополнен снабженной наземным насосом линией подачи жидкого химического реагента через внутренний канал стяжки герметичной полости в кольцевую камеру, а перфорированный участок трубы между нефтяным насосом и якорем насоса снабжен отверстием для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента.

Целесообразно, что подвод линии подачи жидкого химического реагента к внутреннему каналу стяжки загерметизирован манжетами.

Целесообразно также, что соединение стяжки полости и придонной кольцевой камеры загерметизировано кольцевыми уплотнителями.

Важно, что герметичная полость скважинного прибора заполнена жидкой электроизолирующей средой, преимущественно термостойкой кремнийорганической жидкостью.

Сущность предлагаемого комплекса заключается в том, что ультразвуковое воздействие на реологические свойства нефти осуществляется в среде активированного жидкого химического реагента непосредственно в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы.

Для повышения эффективности единый источник упругих колебаний высокой частоты одновременно воздействует как на жидкий химический реагент до разбавления им высоковязкой нефти, так и собственно на смесевой состав нефти с предварительно активированным химическим реагентом.

Экспериментально установлено, что наилучшие показатели эффективной вязкости достигаются при воздействии химического реагента, предварительно активированного ультразвуком. Результаты представлены в Таблице 1: «Значения эффективной вязкости нефти Верхне-Салатского нефтяного месторождения Каргасокского района Томской области в зависимости от видов воздействия на нефть».

Таблица 1
Образец Вязкость (мПа·с) при 20°C
Нефть исходная 295
Нефть+1% толуола 224
Нефть+УЗ (1 мин) 249
Нефть+1% толуола+УЗ (1 мин) 171
Нефть+1% толуола, предварительно обработанного УЗ (0.5 мин)+УЗ (1 мин) 152

Размещение каналов вывода химических реагентов в обсадную трубу скважины ниже источника упругих колебаний высокой частоты позволяет при работе нефтяного насоса осуществлять комплексное химико-физическое воздействие на весь объем динамического уровня нефти.

Изобретение проиллюстрировано Фиг.1: Схема комплекса оборудования для добычи высоковязкой нефти, и Фиг.2: Принципиальная схема скважинного аппарата,

на которых: 1 - насосно-компрессорная труба; 2 - привод нефтяного насоса; 3 - нефтяной насос; 4 - перфорированный участок трубы; 5 - якорь насоса; 6 - скважинный аппарат; 7 - электрический кабель электропитания скважинного аппарата; 8 - наземный источник электропитания скважинного аппарата; 9 - линия подачи жидкого химического реагента; 10 - наземный насос подачи химического реагента; 11 - герметичная полость; 12 - ультразвуковой преобразователь кольцевой формы; 13 - кольцевая камера с радиальными каналами в корпусе скважинного аппарата; 14 - кольцевые уплотнители; 15 - стяжка герметичной полости, имеющая внутренний сквозной канал; 16 - манжеты; 17 - отверстие для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента.

В качестве нефтяного насоса могут быть использованы как винтовой, так и штанговый насосы.

Использование перфорированного между насосом и скважинным аппаратом участка насосно-компрессорной трубы позволяет осуществить забор нефти из обсадной трубы.

Якорь насоса предназначен для фиксации нефтяного насоса ниже динамического уровня нефти в обсадной трубе, а также для компенсации крутящего момента в случае использования винтового насоса. Лепестковое исполнение якоря не препятствует движению нефти по обсадной трубе.

Скважинный аппарат, соединенный с перфорированным участком трубы резьбовым креплением, предназначен для комплексного химико-физического воздействия на нефть, поступающую в обсадную трубу. При этом дополнительно осуществляется предварительное активирование химического реагента ультразвуком.

Линия подачи химического реагента и кабель электропитания скважинного аппарата подводятся к скважинному аппарату через отверстие в перфорированном участке трубы, расположенное между нефтяным насосом и якорем насоса, что предотвращает их разрыв лепестками якоря в случае его возможного прокручивания.

Герметичная полость предназначена для размещения в ней ультразвукового преобразователя, условия эксплуатации которого предусматривают заполнение полости жидкой электроизолирующей средой.

Использование кольцевой камеры позволяет накопить активированный ультразвуком химический реагент с тем, чтобы в непрерывном режиме подавать его в обсадную трубу через радиальные каналы в корпусе скважинного аппарата.

Стяжка герметичной полости, являясь конструкционным элементом, несет дополнительную функцию, заключающуюся в том, что по внутреннему сквозному каналу стяжки химический реагент проходит через зону ультразвукового воздействия.

Комплекс работает следующим образом (Фиг.1 и 2).

На поверхности насосно-компрессорная труба 1 оснащается приводом нефтяного насоса 2, затем на трубе последовательно монтируется компоновка из нефтяного насоса 3, перфорированного участка трубы 4 с якорем насоса 5 и скважинного аппарата 6, выполненного в виде цилиндрического корпуса. Насосно-компрессорная труба 1 с указанной компоновкой опускается в обсадную трубу скважины на глубину, при которой скважинный аппарат 6 располагается в зоне продуктивного пласта. Посредством электрического кабеля электропитания скважинного аппарата 7 подается электропитание на скважинный аппарат 6 от наземного источника 8. По линии подачи жидкого химического реагента 9 наземным насосом 10 реагент поступает в канал стяжки 15 герметичной полости 11 скважинного аппарата 6, где происходит активирование химического реагента ультразвуком от ультразвукового преобразователя кольцевой формы 12, расположенного в указанной герметичной полости 11. Далее активированный химический реагент поступает в кольцевую камеру 13, а из камеры через радиальные каналы в корпусе скважинного аппарата в межтрубное пространство, заполненное нефтью. Герметичность полости 11 обеспечивается тем, что соединение стяжки 15 с придонной кольцевой камерой 13 снабжено кольцевыми уплотнителями 14, а подвод линии подачи жидкого химического реагента 9 к внутреннему каналу стяжки 15 производится посредством манжетного соединения 16. Для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента перфорированный участок трубы снабжен отверстием 17.

Смесь нефти с активированным химическим реагентом под действием нефтяного насоса 2 поднимается к перфорированному участку трубы 4, обтекая цилиндрический корпус скважинного аппарата 6, в зоне которого осуществляется ультразвуковое воздействие на добываемую нефть в среде активированного химического реагента.

Ниже приведен пример достижения технического результата при использовании заявляемого комплекса оборудования для добычи высоковязкой нефти. Пример иллюстрирует, но не ограничивает применение предложенного комплекса.

Пример 1. В качестве примера ниже приведены данные лабораторных исследований нефти Лузановского месторождения Самарской области и данные полевых испытаний заявляемого комплекса.

Лузановская нефть относится к высоковязкой и характеризуется следующими показателями: эффективная вязкость при 20°C - 1014 мПа·с; температура замерзания - минус 17°C; содержание масел - 64.1 мас.%; содержание смол - 28.6 мас.%; содержание асфальтенов - 6.1 мас.%.

Исследования изменения вязкости от природы химического реагента показали, что наилучшие результаты были получены при применении толуола, предварительно активированного ультразвуком, с последующим ультразвуковым воздействием на нефть в среде активированного толуола.

Результаты представлены в Таблице 2: «Значения эффективной вязкость нефти Лузановского месторождения в зависимости от природы химического реагента и его активирования ультразвуком».

Таблица 2
Образец Вязкость, мПа·с
Без активирования реагента ультразвуком С предварительным активированием реагента ультразвуком 0.5 мин
Исходная нефть 1014
Нефть+1% метанола 744 707
Нефть+2% метанола 697 635
Нефть+1% растворителя Р-12* 701 671
Нефть+2% растворителя Р-12 559 490
Нефть+1% толуола 686 488
Нефть+2% толуола 642 429
* растворитель Р-12, мас.%: Бутилацетат - 30; Толуол - 60; Ксилол - 10

Качественные показатели использования комплекса оборудования приведены в Таблице 3: «Значения эффективной вязкость нефти Лузановского месторождения в зависимости от времени, прошедшего после ее добычи заявляемым комплексом оборудования, при различном содержании толуола».

Таблица 3
Содержание толуола, % Время, прошедшее после добычи нефти, часы
Исх. 0 24 48 72
Динамическая вязкость, мПа·с
0,2 1014 847 887 912 915
0,5 1014 772 795 810 815
1 1014 488 515 680 690
1,5 1014 449 480 490 495

Как видно из Таблицы 3, ультразвуковое воздействие на смесь нефти с предварительно активированным также ультразвуком толуолом позволило значительно снизить вязкость нефти непосредственно в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы и сохранить характеристики вязкости во времени, достаточном для транспортировки нефти к магистральным трубопроводам.

1. Комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, содержащий насосно-компрессорную трубу с размещенным внутри нее приводом нефтяного насоса и последовательно смонтированную на ней компоновку из нефтяного насоса, перфорированного участка трубы с якорем насоса и скважинного аппарата, выполненного в виде цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены герметичная полость и кольцевая камера с радиальными каналами в его корпусе, в герметичной полости размещен источник упругих колебаний высокой частоты, выполненный в виде ультразвукового преобразователя кольцевой формы, герметичная полость по оси компоновки снабжена стяжкой, имеющей внутренний сквозной канал, ведущий в кольцевую камеру, скважинный аппарат электрическим кабелем соединен с наземным источником электропитания, при этом комплекс дополнен снабженной наземным насосом линией подачи жидкого химического реагента через внутренний канал стяжки герметичной полости в кольцевую камеру, а перфорированный участок трубы между нефтяным насосом и якорем насоса снабжен отверстием для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что подвод линии подачи жидкого химического реагента к внутреннему каналу стяжки загерметизирован манжетами.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что соединение стяжки полости и придонной кольцевой камеры загерметизировано кольцевыми уплотнителями.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что герметичная полость скважинного прибора заполнена жидкой электроизолирующей средой, преимущественно термостойкой кремнийорганической жидкостью.

www.findpatent.ru

комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти - патент РФ 2450119

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к добыче высоковязкой нефти с использованием энергии упругих колебаний, и может быть реализовано при выполнении работ в условиях низких климатических температур. Комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти содержит насосно-компрессорную трубу с размещенным внутри нее приводом нефтяного насоса и последовательно смонтированную на ней компоновку из нефтяного насоса, перфорированного участка трубы с якорем насоса и скважинного аппарата. Скважинный аппарат выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены герметичная полость и кольцевая камера с радиальными каналами в его корпусе. При этом в герметичной полости размещен источник упругих колебаний высокой частоты, выполненный в виде ультразвукового преобразователя кольцевой формы. Герметичная полость по оси компоновки снабжена стяжкой, имеющей внутренний сквозной канал, ведущий в кольцевую камеру. Скважинный аппарат электрическим кабелем соединен с наземным источником электропитания. При этом комплекс дополнен снабженной наземным насосом линией подачи жидкого химического реагента через внутренний канал стяжки герметичной полости в кольцевую камеру. Перфорированный участок трубы между нефтяным насосом и якорем насоса снабжен отверстием для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента. Техническим результатом является повышение эффективности ультразвуковой обработки за счет интенсификации дополнительного химического воздействия на нефть в обсадной трубе. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 1 пр. комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, патент № 2450119

Рисунки к патенту РФ 2450119

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к добыче высоковязкой нефти с использованием энергии упругих колебаний, повышению эффективности ультразвуковой обработки за счет интенсификации дополнительного химического воздействия на нефть в обсадной трубе, и может быть реализовано при выполнении работ в условиях низких климатических температур.

Использование изобретения обеспечивает как добычу высоковязкой нефти, так и ее транспортировку к магистральным трубопроводам.

Основными методами освоения вязких нефтей являются термические, газовые, химические и физические с помощью которых, например, в 2000 г. в мире добывалось 122 млн т тяжелой и битуминозной нефти.

На практике реологические характеристики высоковязкой нефти обычно снижают разбавлением более легкими растворителями, нефтью, газоконденсатом. Основной причиной аномальной вязкости тяжелых нефтей и природных битумов считается высокое содержание в них смолисто-асфальтеновых компонентов (САК), при достижении критической концентрации которых наступает резкое изменение реологических свойств и начинают в значительной мере проявляться структурно-механические свойства, что объясняется межмолекулярными взаимодействиями САК [М.Ю.Доломатов, А.Г.Телин, Н.И.Хисамутдинов. Физико-химические основы направленного подбора растворителей асфальтосмолистых веществ // М.: ЦНИИТЭНефтехим. - 1991. - 47 с.].

Известен способ подготовки высоковязкой тяжелой нефти к транспорту [SU 1366772], который позволяет улучшить реологические свойства нефти путем обработки 0.01÷0.03%-ным спиртовым раствором щелочи при массовом соотношении нефти и раствора (100÷150):1 и термообработки при 40÷50°C. Кинематическая вязкость при этом снижается на 20÷30% за счет изменения молекулярной подвижности групповых компонентов нефтяных дисперсных систем.

Недостатком способа является необходимость дополнительного оборудования для термообработки.

Что касается обработки призабойной зоны добывающих скважин нефтяными растворителями [Зарипов И.З., Мустафин Г.Г., Юсупов И.Г., Горюнов В.А. Обработка призабойной зоны пласта нагретым растворителем // Нефтепромысловое дело. № 9. С.8-9; Зарипов И.З., Сивухин А.А., Иванов А.И. Обработка призабойной зоны пластов добывающих скважин растворителем без подъема подземного оборудования // Нефтепромысловое дело. - 1981. № 6. С.31-32], то, как правило, это приводит к внутрипластовой деасфальтизации нефтей, содержащих большое количество асфальтенов. Применение таких растворителей увеличивает также пожаро- и взрывоопасность при проведении промысловых работ.

Известно устройство для добычи высоковязкой нефти [RU 2008133099], включающее колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в перфорированной на уровне нефтеносного пласта эксплуатационной колонне, установленный внутри насосно-компрессорных труб скважинный насос, линию дозированной подачи маловязкого вещества в межтрубное пространство насосно-компрессорных труб и выпускную линию разбавленной нефти, обеспечивающую разбавление высоковязкой нефти.

Недостатком устройства является относительно сложное аппаратурное оформление, заключающееся в том, что колонна насосно-компрессорных труб выполнена в виде двух концентрично расположенных колонн насосно-компрессорных труб, при этом на нижнем конце насосно-компрессорной трубы с большим диаметром закреплен узел смешения и средоразделитель.

Вторым недостатком является относительно малая активность маловязкого вещества, тогда как известен прием повышения активности одновременным или последовательным воздействием на вещество [RU 2246525], волновыми электромагнитными и акустическими полями с энергией и частотами, соответствующими резонансным частотам и/или частоте колебаний молекул органических соединений.

Подготовку высоковязкой нефти к добыче и транспорту все чаще проводят на основе целенаправленного изменения баланса сил межмолекулярного взаимодействия с целью регулирования степени дисперсности нефтяной системы путем комплексного воздействия химических реагентов и ультразвука.

Известно, что для снижения вязкости нефти можно использовать источник высокочастотного электромагнитного поля [Ширяева Р.Н., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н, Сагитова Ч.Х. О реологических свойствах нефтей с высоким содержанием смол и асфальтенов. Химия и технология топлив и масел, 3, 2006].

Установлено [Владимиров А. И. Разработка волновой технологии и оборудования для транспорта высоковязких нефтей и нефтепродуктов // Учетный номер в БД источника 022000500271. - № госрегистрации. - 01200307565. - 17.01.2005], что воздействие УЗ поля приводит к снижению вязкости нефтей при температуре 25°C до значений, характерных для данных нефтей при их нагревании при температурах 40÷50°C и выше.

Известно устройство [RU 9305476], вырабатывающее ультразвуковую энергию для снижения вязкости нефти. Электроакустический преобразователь ультразвуковой энергии преобразует сигналы переменного электрического тока выбранного напряжения в ультразвуковую энергию, причем преобразователь располагается в обрабатываемом материале и имеет с ним акустическую связь.

Недостаток заключается в том, что использование только высокочастотного электромагнитного поля для улучшения реологических свойств нефтей с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ не всегда целесообразно из-за поляризации смолистых компонентов в электромагнитном поле и, как следствие, образования крупных ассоциатов, увеличивающих вязкость нефти.

Известна установка [RU 2026969], в которой скважинный аппарат соединен с наземным источником электропитания промышленной частоты и содержит в себе один излучающий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, имеющий достаточно узкую амплитудно-частотную характеристику и обеспечивающий создание упругих колебаний высокой частоты на своей резонансной частоте.

Общим существенным недостатком использования только электромагнитного поля является обратимость эффекта воздействия. Так, известно [US 2008257414], что наложение электрического поля напряженностью 6÷10 кВ/см в течение 60 сек позволяет уменьшить вязкость тяжелых нефтесодержащих фракций на 17÷20%, однако уже через 30 минут вязкость восстанавливается наполовину, а через 8÷10 часов полностью, что ограничивает применение указанной технологии для подготовки высоковязкой нефти к транспортировке по трубопроводам.

В известном способе [RU 2108452] химической обработки пласта с применением забойных ультразвуковых генераторов, вначале насосно-компрессорные трубы - НКТ спускают по скважине до забоя, закачивают по ним обрабатывающий состав, затем трубы поднимают на поверхность, а в скважину спускают и размещают против обрабатываемого интервала пласта излучатель ультразвуковых волн. Обработку пласта и скважины ультразвуком проводят в среде этого состава.

Существенный недостаток этого метода с экономической точки зрения - это высокий расход обрабатывающего состава. Также этот способ не позволяет без дополнительного спуска-подъема оборудования удалить продукты разрушения асфальтосмолопарафиновых отложений - АСПО и кольматирующих загрязнений, что, естественно, снижает эффективность обработки.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является комплекс оборудования для реализации способа комплексной обработки призабойной зоны скважины [RU 2261986] (прототип), включающий спускаемую в скважину на колонне насосно-компрессорных труб компоновку с ультразвуковым генератором.

В состав спускаемой в скважину на колонне насосно-компрессорных труб компоновки включен насос, затем перфорированный участок трубы со скважинным аппаратом, содержащим ультразвуковой генератор. Межтрубное пространство выше интервала перфорации разобщено пакером.

Ультразвуковое воздействие на призабойную зону скважины упругими колебаниями ультразвуковой частоты осуществляют в среде активной технологической жидкости и раствора кислоты. В качестве активной технологической жидкости используют растворитель асфальтеносмолопарафиновых отложений.

Недостатком работы указанного комплекса является то, что требуется предварительная продавка раствора кислоты в пласт с технологической выдержкой для реагирования кислоты. И только затем производят дренирование пласта с созданием знакопеременного движения жидкости в интервале перфорации и слабых депрессионных импульсов при постоянном воздействии на пласт ультразвуком с откачкой продуктов реакции и одновременным вымыванием продуктов обработки. Очевидна цикличность процесса.

Вторым недостатком является то, что воздействие ультразвуком осуществляют в интервале перфорации насосно-компрессорных труб, тогда как полезным является воздействие на всю зону продуктивного пласта, в частности на жидкость, находящуюся в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы.

Технической задачей является эффективное комплексное воздействие ультразвука и химических реагентов на реологические свойства нефтей с различным содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов.

Изобретение направлено на создание оборудования, позволяющего в непрерывном режиме с помощью активированного ультразвуком химического реагента значительно снижать вязкость нефти различных месторождений непосредственно в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы и сохранять характеристики вязкости во времени, достаточном для транспортировки добываемой нефти по трубопроводам.

Технический результат достигается тем, что предложен комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, содержащий насосно-компрессорную трубу с размещенным внутри нее приводом нефтяного насоса и последовательно смонтированную на ней компоновку из нефтяного насоса, перфорированного участка трубы с якорем насоса и скважинного аппарата, выполненного в виде цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены герметичная полость и кольцевая камера с радиальными каналами в его корпусе, в герметичной полости размещен источник упругих колебаний высокой частоты, выполненный в виде ультразвукового преобразователя кольцевой формы, герметичная полость по оси компоновки снабжена стяжкой, имеющей внутренний сквозной канал, ведущий в кольцевую камеру, скважинный аппарат электрическим кабелем соединен с наземным источником электропитания, при этом комплекс дополнен снабженной наземным насосом линией подачи жидкого химического реагента через внутренний канал стяжки герметичной полости в кольцевую камеру, а перфорированный участок трубы между нефтяным насосом и якорем насоса снабжен отверстием для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента.

Целесообразно, что подвод линии подачи жидкого химического реагента к внутреннему каналу стяжки загерметизирован манжетами.

Целесообразно также, что соединение стяжки полости и придонной кольцевой камеры загерметизировано кольцевыми уплотнителями.

Важно, что герметичная полость скважинного прибора заполнена жидкой электроизолирующей средой, преимущественно термостойкой кремнийорганической жидкостью.

Сущность предлагаемого комплекса заключается в том, что ультразвуковое воздействие на реологические свойства нефти осуществляется в среде активированного жидкого химического реагента непосредственно в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы.

Для повышения эффективности единый источник упругих колебаний высокой частоты одновременно воздействует как на жидкий химический реагент до разбавления им высоковязкой нефти, так и собственно на смесевой состав нефти с предварительно активированным химическим реагентом.

Экспериментально установлено, что наилучшие показатели эффективной вязкости достигаются при воздействии химического реагента, предварительно активированного ультразвуком. Результаты представлены в Таблице 1: «Значения эффективной вязкости нефти Верхне-Салатского нефтяного месторождения Каргасокского района Томской области в зависимости от видов воздействия на нефть».

Таблица 1
ОбразецВязкость (мПа·с) при 20°C
Нефть исходная295
Нефть+1% толуола 224
Нефть+УЗ (1 мин) 249
Нефть+1% толуола+УЗ (1 мин) 171
Нефть+1% толуола, предварительно обработанного УЗ (0.5 мин)+УЗ (1 мин) 152

Размещение каналов вывода химических реагентов в обсадную трубу скважины ниже источника упругих колебаний высокой частоты позволяет при работе нефтяного насоса осуществлять комплексное химико-физическое воздействие на весь объем динамического уровня нефти.

Изобретение проиллюстрировано Фиг.1: Схема комплекса оборудования для добычи высоковязкой нефти, и Фиг.2: Принципиальная схема скважинного аппарата,

на которых: 1 - насосно-компрессорная труба; 2 - привод нефтяного насоса; 3 - нефтяной насос; 4 - перфорированный участок трубы; 5 - якорь насоса; 6 - скважинный аппарат; 7 - электрический кабель электропитания скважинного аппарата; 8 - наземный источник электропитания скважинного аппарата; 9 - линия подачи жидкого химического реагента; 10 - наземный насос подачи химического реагента; 11 - герметичная полость; 12 - ультразвуковой преобразователь кольцевой формы; 13 - кольцевая камера с радиальными каналами в корпусе скважинного аппарата; 14 - кольцевые уплотнители; 15 - стяжка герметичной полости, имеющая внутренний сквозной канал; 16 - манжеты; 17 - отверстие для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента.

В качестве нефтяного насоса могут быть использованы как винтовой, так и штанговый насосы.

Использование перфорированного между насосом и скважинным аппаратом участка насосно-компрессорной трубы позволяет осуществить забор нефти из обсадной трубы.

Якорь насоса предназначен для фиксации нефтяного насоса ниже динамического уровня нефти в обсадной трубе, а также для компенсации крутящего момента в случае использования винтового насоса. Лепестковое исполнение якоря не препятствует движению нефти по обсадной трубе.

Скважинный аппарат, соединенный с перфорированным участком трубы резьбовым креплением, предназначен для комплексного химико-физического воздействия на нефть, поступающую в обсадную трубу. При этом дополнительно осуществляется предварительное активирование химического реагента ультразвуком.

Линия подачи химического реагента и кабель электропитания скважинного аппарата подводятся к скважинному аппарату через отверстие в перфорированном участке трубы, расположенное между нефтяным насосом и якорем насоса, что предотвращает их разрыв лепестками якоря в случае его возможного прокручивания.

Герметичная полость предназначена для размещения в ней ультразвукового преобразователя, условия эксплуатации которого предусматривают заполнение полости жидкой электроизолирующей средой.

Использование кольцевой камеры позволяет накопить активированный ультразвуком химический реагент с тем, чтобы в непрерывном режиме подавать его в обсадную трубу через радиальные каналы в корпусе скважинного аппарата.

Стяжка герметичной полости, являясь конструкционным элементом, несет дополнительную функцию, заключающуюся в том, что по внутреннему сквозному каналу стяжки химический реагент проходит через зону ультразвукового воздействия.

Комплекс работает следующим образом (Фиг.1 и 2).

На поверхности насосно-компрессорная труба 1 оснащается приводом нефтяного насоса 2, затем на трубе последовательно монтируется компоновка из нефтяного насоса 3, перфорированного участка трубы 4 с якорем насоса 5 и скважинного аппарата 6, выполненного в виде цилиндрического корпуса. Насосно-компрессорная труба 1 с указанной компоновкой опускается в обсадную трубу скважины на глубину, при которой скважинный аппарат 6 располагается в зоне продуктивного пласта. Посредством электрического кабеля электропитания скважинного аппарата 7 подается электропитание на скважинный аппарат 6 от наземного источника 8. По линии подачи жидкого химического реагента 9 наземным насосом 10 реагент поступает в канал стяжки 15 герметичной полости 11 скважинного аппарата 6, где происходит активирование химического реагента ультразвуком от ультразвукового преобразователя кольцевой формы 12, расположенного в указанной герметичной полости 11. Далее активированный химический реагент поступает в кольцевую камеру 13, а из камеры через радиальные каналы в корпусе скважинного аппарата в межтрубное пространство, заполненное нефтью. Герметичность полости 11 обеспечивается тем, что соединение стяжки 15 с придонной кольцевой камерой 13 снабжено кольцевыми уплотнителями 14, а подвод линии подачи жидкого химического реагента 9 к внутреннему каналу стяжки 15 производится посредством манжетного соединения 16. Для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента перфорированный участок трубы снабжен отверстием 17.

Смесь нефти с активированным химическим реагентом под действием нефтяного насоса 2 поднимается к перфорированному участку трубы 4, обтекая цилиндрический корпус скважинного аппарата 6, в зоне которого осуществляется ультразвуковое воздействие на добываемую нефть в среде активированного химического реагента.

Ниже приведен пример достижения технического результата при использовании заявляемого комплекса оборудования для добычи высоковязкой нефти. Пример иллюстрирует, но не ограничивает применение предложенного комплекса.

Пример 1. В качестве примера ниже приведены данные лабораторных исследований нефти Лузановского месторождения Самарской области и данные полевых испытаний заявляемого комплекса.

Лузановская нефть относится к высоковязкой и характеризуется следующими показателями: эффективная вязкость при 20°C - 1014 мПа·с; температура замерзания - минус 17°C; содержание масел - 64.1 мас.%; содержание смол - 28.6 мас.%; содержание асфальтенов - 6.1 мас.%.

Исследования изменения вязкости от природы химического реагента показали, что наилучшие результаты были получены при применении толуола, предварительно активированного ультразвуком, с последующим ультразвуковым воздействием на нефть в среде активированного толуола.

Результаты представлены в Таблице 2: «Значения эффективной вязкость нефти Лузановского месторождения в зависимости от природы химического реагента и его активирования ультразвуком».

Таблица 2
Образец Вязкость, мПа·с
Без активирования реагента ультразвуком С предварительным активированием реагента ультразвуком 0.5 мин
Исходная нефть 1014 комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, патент № 2450119
Нефть+1% метанола744 707
Нефть+2% метанола 697635
Нефть+1% растворителя Р-12*701 671
Нефть+2% растворителя Р-12 559490
Нефть+1% толуола 686 488
Нефть+2% толуола642 429
* растворитель Р-12, мас.%: Бутилацетат - 30; Толуол - 60; Ксилол - 10

Качественные показатели использования комплекса оборудования приведены в Таблице 3: «Значения эффективной вязкость нефти Лузановского месторождения в зависимости от времени, прошедшего после ее добычи заявляемым комплексом оборудования, при различном содержании толуола».

Таблица 3
Содержание толуола, % комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, патент № 2450119 Время, прошедшее после добычи нефти, часы
Исх.0 2448 72
Динамическая вязкость, мПа·с
0,21014 847887 912915
0,5 1014772 795810 815
1 1014 488515 680690
1,5 1014449 480490 495

Как видно из Таблицы 3, ультразвуковое воздействие на смесь нефти с предварительно активированным также ультразвуком толуолом позволило значительно снизить вязкость нефти непосредственно в межтрубном пространстве обсадной трубы скважины и насосно-компрессорной трубы и сохранить характеристики вязкости во времени, достаточном для транспортировки нефти к магистральным трубопроводам.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Комплекс оборудования для добычи высоковязкой нефти, содержащий насосно-компрессорную трубу с размещенным внутри нее приводом нефтяного насоса и последовательно смонтированную на ней компоновку из нефтяного насоса, перфорированного участка трубы с якорем насоса и скважинного аппарата, выполненного в виде цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены герметичная полость и кольцевая камера с радиальными каналами в его корпусе, в герметичной полости размещен источник упругих колебаний высокой частоты, выполненный в виде ультразвукового преобразователя кольцевой формы, герметичная полость по оси компоновки снабжена стяжкой, имеющей внутренний сквозной канал, ведущий в кольцевую камеру, скважинный аппарат электрическим кабелем соединен с наземным источником электропитания, при этом комплекс дополнен снабженной наземным насосом линией подачи жидкого химического реагента через внутренний канал стяжки герметичной полости в кольцевую камеру, а перфорированный участок трубы между нефтяным насосом и якорем насоса снабжен отверстием для подвода кабеля электропитания и линии подачи химического реагента.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что подвод линии подачи жидкого химического реагента к внутреннему каналу стяжки загерметизирован манжетами.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что соединение стяжки полости и придонной кольцевой камеры загерметизировано кольцевыми уплотнителями.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что герметичная полость скважинного прибора заполнена жидкой электроизолирующей средой, преимущественно термостойкой кремнийорганической жидкостью.

www.freepatent.ru