В ПНИПУ узнали, как повысить добычу нефти, снизив ее вязкость в 14 раз

Исследование процесса тепломассопереноса в нефтяной скважине для случаев применения в призабойной части источника тепла разной длины и мощности позволило ученым Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) предложить способ, позволяющий в 14 раз снизить вязкость нефти, 10 июля сообщает пресс-служба вуза. Труднодобываемая высоковязкая нефть составляет около 55% нефтяных запасов России. Ее добыча требует мощных перекачивающих насосов, которые тем не менее при критических значениях вязкости начинают перегружаться и выходить из строя. Чтобы этого не происходило, используют специальные нагреватели, которые повышают температуру нефти и делают ее более текучей. В этом случае очень важно знать, как и до какой температуры следует выполнять такой нагрев, чтобы обеспечить эффективность нефтедобычи без лишних затрат, перегрева насосов и возникновения аварийных ситуаций. Соответствующее исследование провели ученые Пермского Политеха. Его результаты они представили в статье «Исследование процессов тепломассопереноса в нефтяной скважине с призабойным нагревателем различной длины», опубликованной в журнале «Вычислительная механика сплошных сред». Вязкость нефти зависит от примесей и концентрации в ее составе тяжелых углеводородов (смол, асфальтенов, парафинов). Для снижения уровня вязкости нефти и повышения стабильности работы насосов в призабойную область скважины устанавливают специальные греющие устройства. Они должны поддерживать необходимую температуру нагрева и контролировать распределение тепла, предотвращая выход из строя перекачивающего оборудования и обеспечивая при этом необходимую величину дебита скважины. Учеными ПНИПУ для анализа процессов тепломассопереноса нефти в скважине с призабойным нагревателем была создана трехмерная компьютерная модель скважины с насосно-компрессорной трубой, по которой жидкость поступает в насос, и соединенного с ней нагревателя цилиндрической формы. Реализация модели, которая учитывает распределение температуры, скорости и вязкости нефти, а также параметры самого греющего устройства, позволила определить оптимальное значение мощности нагревателя, при которой вязкость нефти снижается ниже критического для насоса значения для конкретного месторождения. Кроме того, было оценено влияние длины нагревателя и условия, при которых возможен его выход из строя. Модель позволила ученым исследовать нагреватели разной мощности (1; 1,75; 2,25 кВт), и длины (1, 3 и 5 м), которые при этом поддерживали одинаковую температуру в 122 °С. Было установлено, что максимальная допустимая температура, при которой могут эксплуатироваться подобные устройства, составляет 125 °С. Ее превышение может вызвать перегрев оборудования и выход его из строя. Заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике» ПНИПУ, доктор технических наук Наталия Труфанова рассказала о результатах проведенного исследования: «Мы выяснили, что наиболее интенсивный нагрев нефти наблюдается в первых двух метрах трубы при использовании устройства длиной в 1 метр. Это связано с тем, что его удельная мощность выше, чем у 3- или 5-метрового. При этом для всех типов устройств изменения температуры происходят почти одинаково: сначала она достигает максимума, а потом постепенно охлаждается практически с одинаковой скоростью». С помощью модели была установлена зависимость температуры нефти на входе в насос от параметров нагревателя. Так, устройство длиной 1 метр и мощностью 1 кВт повышает эту температуру до 39,11 °С; 3-метровое мощностью 1,75 кВт — до 52,39 °С, а 5-метровое мощностью 2,25 кВт — до 60,18 °С. Увеличение этой температуры понижает вязкость нефти. При этом все эти нагреватели снижают вязкость, но необходимо учитывать и мощность используемого насоса перекачки. В некоторых случаях нагреватель в 1 метр не подойдет, тогда как 3–5-метровые будут эффективными, отмечают исследователи. «В результате мы можем сделать вывод, — добавил аспирант кафедры „Конструирование и технологии в электротехнике“ ПНИПУ Дмитрий Пинягин, — что применение устройства электрического нагрева в призабойной зоне скважины с наибольшей мощностью (2,25 кВт) дает возможность до 60 °С повысить температуру нефти и в 14 раз снизить ее вязкость». Модель ученых Пермского Политеха может стать помощником специалистам нефтедобывающей отрасли для определения температуры и характера течения углеводородов на заранее известном участке скважины. А также поможет им рассчитать оптимальную длину нагревателя, которая обеспечит необходимое снижение вязкости нефти для бесперебойной работы электрического центробежного насоса, повысит долговечность оборудования в целом, что в итоге снизит материальные затраты при разработке нефтяных месторождений. glavno.smi.today