Разработка нефтяных месторождений осложняется асфальто-смоло-парафиновыми отложениями, которые осаждаются на стенках оборудования и затрудняют процесс добычи. Из-за большого количества отложений уменьшается текучесть нефти, что негативно сказывается на эффективности ее добыче. Для борьбы с ними используют теплоноситель, который закачивается в скважину для ее прогрева. При высокой температуре парафин не образуется, и обеспечивается беспроблемная эксплуатация скважины. На данный момент перспективен способ промывки скважины через полые штанги глубинного насоса – полые стержни, через которые закачивают горячую нефть или воду. Однако у технологии отсутствуют все необходимые расчеты, которые приведут к ее качественному и результативному применению. Ученые Пермского политеха доработали данный метод с помощью математического моделирования. Это позволит получить точные параметры промывки при любых вводных данных и составить технологический процесс для любого месторождения, где наблюдается осложнение работы скважин из-за парафиновых отложений.

Статья с результатами опубликована в сборнике «Advances in Automation IV», 2023 год.

Эффективность борьбы с парафиновыми отложениями зависит от региона, технологических параметров добычи и выбранного метода оценки теплового эффекта. Существуют разные подходы избавления от парафина, например, использование греющего кабеля или электромагнитного излучения. Политехники же рассматривали метод обработки горячим теплоносителем через полые штанги, расположенные в насосно-компрессорной трубе. У данной технологии есть важное преимущество – в окружающую среду снижаются тепловые потери, при этом повышается плотность теплового потока в зоне удаления парафина.

Для оптимальной работы технологии важно производить все необходимые расчеты для оценки теплового эффекта, определять температуру и расход теплоносителя, проводить оценку влияния технологических характеристик работы скважины на эффективность промывки. Данные задачи ученые решили, разработав математическую модель. В итоге ученые определили, как распределяется и изменяется температура и скорость движения теплоносителя (нефть, вода) на внутренней стенке насосно-компрессорной трубы и полой штанги при промывке.

Закачиваемая жидкость движется через полые штанги, затем выходит из пропускной муфты (элемент для фильтрации жидкости), смешивается с потоком добываемой нефти и поднимается вверх вдоль насосно-компрессорной трубы. Далее из-за большой площади трубного пространства скорость потока теплоносителя снижается, и жидкость постепенно остывает.

Для оптимального прогрева скважины на внутреннюю поверхность полых штанг наносится теплоизоляционный слой. Чтобы оценить его эффективность, ученые разработали две математические модели скважины с теплоизоляционным слоем на внутренней поверхности и без него.

– Наличие теплоизоляционного слоя на внутренней поверхности полых штанг существенно влияет на распределение температуры на стенке скважины. При наличии теплоизоляционного слоя температура на уровне муфты (1200 м) достигает 56 °C, увеличившись на 36 °C по сравнению со случаем без теплоизоляции. Это обусловлено тем, что теплоноситель имеет более высокую температуру при выходе из муфты, равную 63 °C. В то время как, двигаясь по штангам без дополнительного слоя, теплоноситель успевает охладиться до 20,7 °C на уровне муфты, – рассказывает аспирант кафедры «Конструирование и технологии в электротехнике» ПНИПУ Евгений Гольцов.

В рамках исследования политехники реализовали различные режимы промывки – нефтью и водой для конкретной скважины с рассматриваемой проблемой. Для расчета теплового состояния использовались уже известные параметры и ее теплофизические характеристики. Выяснено, что при промывке горячей нефтью в течение 5 часов с расходом 150 куб. м/сут и температурой 120 °C происходит полное удаление отложений. Промывка же скважины водой при температуре 90 °C в течение 5 часов с тем же расходом, что и в случае с нефтью, не дала приемлемых результатов. Поскольку температура на стенке трубы не превышает 58 °C, полного удаления парафина происходить не будет на всей глубине.

Исследователи отмечают, что для полного удаления отложений со стенок полых штанг и насосно-компрессорной трубы необходимо в качестве теплоносителя использовать нефть, подаваемую с расходом 150 куб. м/сут и нагретую до 150 °C.

Ученые ПНИПУ изучили, как эффективность тепловой обработки нефтяной скважины теплоносителем через полые штанги зависит от параметров подачи теплоносителя. Получили оценку влияния расхода и температуры нефти и воды на распределение температуры в столбе скважины. Разработанная модель ученых позволяет оптимально оценить перспективность метода промывки. Полученные расчеты можно будет применять на любых нефтяных месторождениях, где наблюдается проблема с парафиновыми отложениями.

Поддержать редакцию