Основной причиной, ограничивающей рост добычи нефти в России, является не физическое истощение недр, а значительное усложнение природных условий поисков, разведки и разработки месторождений. Разработкой и внедрением методов повышения нефтеотдачи пластов активно занимаются все нефтедобывающие страны, так как увеличение нефтеотдачи на эксплуатируемых месторождениях равносильно открытию новых. В России по оценкам имеется около 10 млрд. м3 промышленных запасов тяжелых нефтей высокой вязкости, освоение которых до настоящего времени не нашло широкого распространения и преимущественно осуществляется на двух месторождениях – Усинском (Республика Коми) и Гремихинском (Удмуртская Республика). Однако, несмотря на энергоемкость разработки залежей тяжелых нефтей, востребованность данного сырья в перспективе будет возрастать, что, в свою очередь, требует поиска оптимальных путей их освоения. В связи с этим актуальными являются анализ и обобщение опыта внедрения технологий, обеспечивающих рентабельность добычи высоковязких нефтей.
Мировой опыт разработки залежей высоковязких нефтей показал, что нет альтернативы термическим методам воздействия на пласт. В отечественной практике преимущественно используется вытеснение её паром [1].
Перспективным направлением развития термических методов добычи является разработка забойных теплогенераторов [2]. Одной из основных задач при проектировании скважинных нагревателей является выбор геометрических параметров устройства и физических свойств рабочей жидкости в зависимости от условий теплового нагружения пласта. Электродные жидкостные нагреватели достаточно широко применяются в промышленных электрокотлах (паровых и водогрейных). Однако, чтобы использовать подобные нагреватели в скважинах, необходимы конструктивные изменения. Предложенные ранее методы теплового воздействия на пласт с помощью скважного электродного нагревателя имеют ряд недостатков с точки зрения эффективности, т.к. в них отсутствовал комбинированный термогидродинамический эффект воздействия за счет передачи теплоты от нагревателя и фильтрации пара в пласт.
Рассмотрим тепловой расчет устройства тепловой обработки скважины с коаксиальным расположением электродов (рис.1,а). В таком теплогенераторе, благодаря интенсификации теплообмена за счёт создания конвективного контура с малым гидравлическим сопротивлением, достигается эффективное преобразование электрической энергии в теплоту. Отличительной особенностью рассматриваемого теплогенератора является простота конструкции изготовления, монтажа и эксплуатации.
Для определения электрического сопротивления R проводящей жидкости в устройстве тепловой обработки призабойной зоны скважины воспользуемся методом сечений Релея [3], который оказался наиболее плодотворным среди множества аналитических методов расчета.
Рис. 1. Расчетная схема забойного теплогенератора с коаксиальным расположением электродов:
а) конструктивная схема; б) электрическая схема
В этом случае кусочно-составная зона проводимости разбивается вспомогательными бесконечно тонкими поверхностями, одни из которых изопотенциальны, а другие непроницаемы для линий тока. Такое дробление позволяет линеаризовать исходное потенциальное поле, что существенно упрощает решение задачи. Схема соединения сопротивлений представлена на рис.1,б.
Выражения для сопротивлений отдельных участков Ri будут выглядеть следующим образом







В связи с тем, что при расчете R1 и R6 учитывалось как “адиабатное” дробление участка, так и изопотенциальное дробление, то целесообразно использовать комбинированное дробление, в результате чего значения R1 и R6 будут наиболее близки к истинным [4]:

В итоге получаем


Полное сопротивление проводящей фазы, исходя из схемы соединения (рис.1, б), можно определить по формуле:

С учетом того, что R2 =R4 , в итоге получаем

Запишем уравнение теплового баланса для устройства тепловой обработки. С одной стороны полная мощность Q, рассеиваемая с поверхности нагревателя, равна

где - удельная мощность теплового потока, Вт/м2;
- длина нагревателя;
- длина участка, заполненного жидкостью;
- длина участка, заполненного паром.

С другой стороны мощность, выделяемую в проводящей зоне при протекании по ней электрического тока, можно определить по формуле:

Соотношение длин жидкостной и паровой фаз





Из (8) находим х

По таблицам состояния “вода-пар” [5] для различных значений температур и давлений определяется масса пара x при заданных объеме нагревателя и массе залитой в него воды. По полученному значению x определяются: объем пара в нагревателе , объем воды
, высота столба пара
. Зная
, находим высоту столба жидкости











Применение в регионах с высокой электровооруженностью скважинного электротермического оборудования позволит снизить стоимость термических скважин, автоматизировать процесс термообработки, за счёт высокой манёвренности увеличить число добычных скважин и получить экологически чистые и ресурсосберегающие технологии термической добычи тяжёлых высоковязких нефтей.
Библиографический список
- Артеменко А.И., Кащавцев В.Е. Приоритет – за пароцикликой // Нефть России, 2005, №10, с.108.
- Загривный Э.А., Козярук А.Е., Маларев В.И., Мельникова Е.Е. Перспективы использования забойных электротермических комплексов для повышения нефтеотдачи пластов с тяжелой высоковязкой нефтью // Электротехника,2010 г., №1., с. 50–56.
- Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л., Энергия, 1974, 264.
- Дульнев Г.Н., Новиков В.В. Эффективный коэффициент систем с взаимопроникающей проводимостью // Инженерно-физический журнал, 1977, т.33, № 2, с. 271.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М. Физматгиз,1963 г., 708 с.
Количество просмотров публикации: Please wait