УДК 642.245

УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С ЗАБОЙНЫМИ ЭЛЕКТРОПАРОГЕНЕРАТОРАМИ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Зырин Вячеслав Олегович
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
канд. тех. наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики,электромеханики.

Аннотация
В статье приводятся перспективы использования забойных электротепловых генераторов для интенсификации добычи высоковязкой нефти. Произведено вычисление основных параметров для реализации основных тепловых режимов работы устройства, позволяющих повысить эффективность тепловой обработки пласта.

Ключевые слова: забойный электропарогенератор, импульсно-дозированное тепловое воздействие, паротепловое воздействие, повышение нефтеотдачи, электротермический комплекс


CONTROL OF OPERATING MODES FOR ELECTROTECHNICAL COMPLEXES WITH DOWNHOLE HEATING DEVICES FOR HIGH-VISCOSITY OIL RECOVERY

Zyrin Viacheslav Olegovich
National mineral resources university (university of mines)
Ph.D., Assistant of the Electrotechnical, electroenergtic, electromechanic department

Abstract
The article presents the perspectives of using downhole generators for stimulation high-viscosity oil field recovery. The Calculation of the main parameters are made for the implementation of the main heating device modes, which could increase the effectiveness of heating treatment.

Keywords: downhole electrical steam generator, electrothermal complex, enhanced oil recovery, impulse-dozed heating treatment, thermal steam treatment


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Зырин В.О. Управление режимами работы электротехнических комплексов с забойными электропарогенераторами для интенсификации добычи высоковязкой нефти // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34745 (дата обращения: 04.06.2017).

На месторождениях нефти, эксплуатация которых осуществляется в настоящее время, происходит постепенное снижение уровня нефтеотдачи, что является одним из самых негативных факторов, влияющих на эффективность нефтяной отрасли. Такая динамика нефтеотдачи обусловлена высокой степенью выработанности начальных запасов нефти. По различным данным на 60-75% крупных активно осваиваемых месторождений наблюдается данная тенденция. При этом увеличивается доля трудноизвлекаемых запасов, в том числе и с высоковязкой нефтью (ВВН), доля которых составляет около 60% [1]. Объем мировых запасов ВВН составляет около 810 млрд. т., из которых на территории России находится около 6-7 млрд. т. [2].
Эффективная добыча высоковязкой нефти может осуществляться только с использованием методов повышения нефтеотдачи. При этом, тепловые методы являются наиболее эффективными с технологической, экологической точки зрения. Именно поэтому вопрос совершенствования и исследования технических средств тепловых методом повышения нефтеотдачи месторождений высоковязкой нефти является одним из самых актуальных для современной нефтяной отрасли.
В России известен опыт применениям метода паротеплового воздействия с использованием наземных парогенераторов на Усинском месторождении Республики Коми, запасы которого составляют около 500 млн.т. Недостатками этой технологии являются: высокая стоимость оборудования; низкая степень сухости пара на забое; загрязнение атмосферы продуктами горения; большие затраты на водоподготовку (до 30%); использование углеводородного сырья в качестве топлива парогенератора [3]. 
В Горном университете разработаны и запатентованы различные конструкции забойных электропарогенераторов и нагревателей [3,4], мощностью до 2 МВт, на базе которых создан уникальный электротермический комплекс, позволяющий производить паротепловую обработку призабойных скважин, использоваться для гидроразрыва пласта и осуществлять технологии импульсно-дозированного теплового воздействия, пароциклического воздействия, воздействия горячей водой. Комплекс (рис.1) включает в себя систему электроснабжения: подводящие линии электроснабжения и трансформаторы (Т); систему автоматического управления: блок управления (БУ), тиристорный регулятор тока (РТ), преобразователь частоты (ПЧ); систему нагнетания: насосный агрегат (Н), емкость с рабочей жидкостью (РЖ), в данном случае котловой водой; систему парогенерации, основным элементом которого является забойный электропарогенератор. Также, на рис.1 обозначены следующие элементы: 1 – насосно-компрессорные трубы; 2 – маслозаполненнное вводное устройство; 3 – диэлектрическая вставка; 4 – термостойкий токовод; 5 – термостойкий пакер; 6 – паровыпускное отверстие; 7 –устройство тепловой обработки скважин; 8 – обсадная колонна; 9 – пластовая жидкость.

Режим паротеплового воздействия является основным для забойного электропарогенератора (ЭПГ), и именно для него, основываясь на начальных данных (мощность, глубина залегания, питающее напряжение) вычисляется необходимое число межэлектродных промежутков n. Расчет числа межэлектродных промежутков ЭПГ основан на суммарной выработке общей заданной мощности в зависимости от глубины установки. Методика расчета приведена в работе [4]. Изменяя параметры комплекса (расход питающего насоса, удельное сопротивление нагреваемой жидкости, ток) можно получить основные режимы тепловой обработки: режим воздействия горячей водой (ВГВ); режим импульсно-дозированного теплового воздействия (ИДТВ). Рассмотрим подробнее эти режимы.
Режим воздействия горячей водой. Для реализации режима необходимо увеличить производительность насоса, так чтобы вся мощность расходовалась только на нагрев воды до температуры, не превышающей температуру кипения, ток же при этом устанавливается максимальным. 
Последовательность расчета режима: задается мощность ЭПГ и объем нагнетаемой воды; рассчитывается производительность насоса с учетом нагрева воды до температуры кипения; для расхода мощности на конечном числе межэлектродных промежутков только на нагрев рассчитывается соответствующая удельная проводимость.
Часовая производительность ЭПГ при сухости пара x=1 и номинальной мощности ЭПГ 2МВт для режима паротеплового воздействия:

,
(1)

где P – заданная мощность ЭПГ (кВт); Wк =1501 кДж/кг – энергия, необходимая для нагрева воды до температуры кипения, определяется глубиной установки по таблице состояний «вода-пар»; = 1179 кДж/кг – энергия на парообразование. 
Производительность насоса в режиме горячей воды можно вычислить по формуле:

,
(2)

Для реализации режима ВГВ необходимо получить теплоноситель с рассчитанным значением удельного сопротивления, соответствующим заданной мощности. По известной мощности комплекса и числу межэлектродных промежутков находим среднюю мощность межэлектродного промежутка:

.
(3)

Сопротивление межэлектродного промежутка определяется как

,
(4)

где Uн – номинальное напряжение.
Соответственно, общая формула для вычисления удельного сопротивления промежутка:

,
(5)

где Se – площадь электрода, le – межэлектродное расстояние (принимаются конструктивно). 
Например, для случая Усинского месторождения (при P= 2МВт, Wк=1501 кДж/кг, le=100 мм, Se=25 см2):

,
(6)
.
(7)

На рис.2 приведены зависимости удельного сопротивления межэлектродного промежутка от количества электродов при величине межэлектродного промежутка.


Рис.2. Зависимость удельного сопротивления (ρ)
от количества электродов (n) при различной длине межэлектродного промежутка (le)

Из графика видно, что при большом расстоянии между электродами удельное сопротивление с ростом числа электродов изменяется в небольших пределах, т.е. для реализации режима можно принять среднее его значение для всего диапазона межэлектродных расстояний. Изменение же lе в меньшую сторону изменяет характер зависимости и удельное сопротивление меняется в несколько раз. Т.е. по приведенным зависимостям можно определить необходимую величину удельного сопротивления воды, в зависимости от конструктивных параметров ЭПГ, для реализации режима ВГВ.
Режим импульсно-дозированного теплового воздействия. Сущность режима заключается в циклическом попеременном вводе в пласт через нагнетательные скважины теплоносителя и холодной воды в строго рассчитанных пропорциях с созданием «эффективной температуры». Эффективная температура – температура, превышение которой не влияет на снижение вязкости нефти. Соотношение объемов закачки теплоносителя и холодной воды Vп/Vв строго рассчитываются для условий каждого пласта, и в зависимости от рассчитанного значения чередуются этапы режима: нагрев воды для получения рассчитанного количества пара- закачка объема холодной воды.
Основные преимущества технологии – создание волнового теплового фронта, активизирующего вытеснение нефти из порогового пространства и увеличивающего нефтеотдачу, экономия энергии за счет чередования режимов парообразования и холодной воды.
Для ЭПГ последовательность расчета режима ИДТВ следующая: задается объем пара для закачки; строится цикл расчета выработанного объема пара, условием выполнения цикла будет достижение заданного расчетного объема пара, в теле цикла кроме основного расчета определяется время нагрева и парообразования. 
Под циклом в данном случае понимается процесс последовательного прохождения водой каждого электрода, в течение которого происходит ее нагрев и парообразование, от момента закачки до момента выхода образовавшегося пара из устройства.
Часовая паропроизводительность ЭПГ вычисляется по данным таблицы состояний «вода-пар» Vn=V΄΄, где Q – производительность электропарогенератора (кг/ч), V΄΄- удельный объем сухого насыщенного пара (м3/кг).
Зная время одного цикла t можно определить время работы ЭПГ на выработку Vр:

,
(8)

где С΄΄ – требуемое количество циклов для расчетного объема пара, – количество пара за один цикл, Vр – расчетный объем пара, t – время одного цикла, C – общее число циклов.
Например, в случае если для создания эффективной температуры необходимое соотношение объемов составляет один к двум, т.е. на 20 м3 пара 40 м3 холодной воды, то часовая производительность на выработку 20 м3 в ЭПГ составит:

,
(9)

а длительность парообразования составит:

.
(10)

Из графика на рис.3 можно определить время выработки необходимого количества пара в зависимости от часовой производительности устройства.


Рис.3. Зависимость времени работы ЭПГ (t ) от часовой производительности (Vп)
при разной величине объема закачки выработки (Vр)
Полученные зависимости позволяют рассчитать параметры электротермического комплекса для реализации любого из основных режимов теплового воздействия – воздействие горячей водой, импульсно-дозированного теплового воздействия, паротеплового воздействия, позволяющих повысить интенсификацию добычи ВВН. Приведенные выражения могут применяться для расчета технологических параметров режимов теплового воздействия для месторождений с большой глубиной залегания (800-1500 м, например Усинского).

Библиографический список
  1. Крянев, Д.Ю. Научное обеспечение новых технологий разработки нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами /Д.Ю. Крянев, С.А. Жданов// Бурение и нефть. -2012.- №8 – с .29-34.
  2. Ященко, И.Г. География залегания вязких нефтей/ И.Г. Ященко, Ю.М. Полищук// Oil and Gas Journal Russia. –октябрь  2011.- С. 72-77.
  3. Загривный, Э.А. Экологические и экономические перспективы применения электротермических комплексов для добычи высоковязкой нефти/ Э.А.Загривный, О.Б. Лакота, В.И. Маларев, В.О.Зырин // Нефтяное хозяйство.-2012.-№11- С.118-122
  4. Загривный, Э.А. Алгоритм и программа определения параметров забойного электропарогенератора для термического воздействия на пласты высоковязкой нефти/ Э.А.Загривный, В.О.Зырин // Записки Горного института.- 2011.- т.192 – С.125-130.


Все статьи автора «Зырин Вячеслав Олегович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: