На правах рукописи

Подъяпольский Антон Иванович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа 2007 2

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР) Научный руководитель - доктор технических наук Карамышев Виктор Григорьевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук Уразаков Камил Рахматуллович - кандидат технических наук Зобов Павел Михайлович Ведущее предприятие: - ООО ИК ИНКОМП-НЕФТЬ, г. Уфа

Защита состоится 2 августа 2007 г. в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов по адресу:

450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного унитарного предприятия Институт проблем транспорта энергоресурсов.

Автореферат разослан 2 июля 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Л.П. Худякова 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Характерными особенностями современного этапа развития нефтедобывающей отрасли страны являются уменьшение объемов добычи нефти, увеличение осложнённого фонда скважин, связанного с увеличением обводненности добываемой продукции. Актуальной проблемой нефтяной отрасли в настоящее время является рост числа проблемных скважин, обусловленный поздней стадией разработки месторождений.

Известно, что образование вязких эмульсий и асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в добывающих скважинах сопровождается возникновением аварийных ситуаций, в основном из-за обрыва насосных штанг, полированного штока и повышенных нагрузок, что значительно снижает их межремонтный период (МРП) и объёмы добычи.

Известные и ныне применяемые химические методы (деэмульгаторы, ингибиторы, растворители), а также устройства, действие которых основано на использовании принципа последовательной откачки нефти и воды через насос, предназначенные для устранения этих проявлений, оказались затратными и не всегда эффективными. Применение магнитных полей и термического воздействия также не обеспечило требуемого результата и потребовало использования дорогостоящего оборудования и значительных затрат электрической энергии, сравнимой с мощностью самих насосов.

До настоящего времени в нефтедобыче стоит проблема снижения роста интенсивности эмульгирования лифтируемой жидкости и количества отложений в добывающих скважинах, особенно обострившаяся в последнее время. Образование стойких эмульсий в скважинах в совокупности с выпадением АСПО как в пласте, так и в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) приводит к значительному снижению добычи нефти. Основными причинами этих проявлений являются наличие воды и движение (скольжение) нефти относительно воды. Образованию отложений при добыче нефти способствует повышение концентрации асфальтосмолопарафиновых соединений на поверхности капель нефти. При подъеме нефти с водой по стволу скважины происходят стабилизация поверхностной пленки и её охлаждение, что сопровождается дополнительным повышением вязкости лифтируемого продукта. В результате поверхностный слой лифтируемого продукта приобретает липкость и легко откладывается на поверхности нефтепромыслового оборудования.

В свою очередь, большинство проблемных скважин интенсивно искривлены, склонны к отложению солей, выносу абразивных частиц, имеют агрессивную среду и значительный газовый фактор. В целом фонд бездействующих скважин за 10 лет увеличился в 4,5 раза (с 8,7 до 40 тыс.

скважин), в среднем по России это составляет 28% фонда, в то время как в 70Е80 годах прошлого столетия норматив Миннефтепрома составлял 2Е4 %.

Процессы глубинно-насосной эксплуатации скважин на поздней стадии разработки месторождений относятся к сложным. Это обусловлено наличием большого количества взаимосвязанных факторов, а также не поддающихся контролю довольно большого количества технологических и усложняющих нормальную работу скважин параметров, что затрудняет их комплексную разработку и изучение. Решению этих проблем посвящены исследования В.Е. Андреева, А.Н. Адонина, А.С. Вирновского, В.П. Максимова, И.Т. Мищенко, Р.Я. Кучумова, М.М. Саттарова, Н.Н. Репина, Ю.В. Зайцева, Г.В. Молчанова, Ю.В. Пчелинцева, М.М. Загирова, Р.А. Максутова, Н.И. Хисамутдинова,С.Г. Бабаева, Я.М. Кагана, М.Д. Валеева, С.Г. Валишина, Х.Г. Давлетшина, К.У. Уразакова, В.Г. Карамышева, Б.Б. Крумана, Л.С. Каплана и многих других.

Исследованию вопросов рациональной разработки нефтегазовых месторождений с применением различных методов оптимизации посвящены работы А.Х. Мирзаджанзаде, И.М. Муравьёва, Р.Г. Касимова, А.Г. Гумерова, Г.Г. Вахитова, Н.Н. Репина, Г.С. Степановой, Р.Н. Дияшева, Ю.П. Желтова, В.В. Шайдакова, А.И. Акульшина и других.

В сложившейся ситуации возникла необходимость разработки новых технологий интенсификации добычи для рентабельной эксплуатации скважин в осложнённых условиях и, в первую очередь, усовершенствования используемых технологий.

Решению этих проблем и посвящена диссертационная работа и определены цель работы и задачи исследований.

В последнее время наметились новые направления в решении перечисленных проблем, в связи, с чем появилась необходимость в их развитии, обобщении, анализе и практической реализации.

Основные исследования по диссертационной работе выполнены в соответствии c Постановлением Правительства Российской Федерации от ноября 1999 г. № 1213 О мерах по вводу в эксплуатацию бездействующих, контрольных и находящихся в консервации скважин на нефтяных месторождениях, Постановлением Правительства Республики Башкортостан от 6 декабря 2005 г. № 268 об утверждении программы Интенсификация нефтегазоизвлечения трудноизвлекаемых запасов углеводородов, разработка и внедрение обновлённых технологий и технических средств в нефтегазовых отраслях на 2006-2008 годы.

Цель работы - разработка технологии и технических средств повышения производительности скважин с высоковязкой продукцией предотвращения (профилактики) образования твердых отложений и эмульсий в скважинах осложнённого фонда в процессе добычи.

Основные задачи

исследований:

- исследование механизма образования и предупреждения асфальтосмолистых отложений в добывающих скважинах Тимано-Печорской и Урало-Поволжской провинций;

- разработка электрохимического метода и технических устройств предупреждения образования асфальтосмолистых отложений и эмульсий в колонне лифтовых труб добывающих скважин;

- разработка комплекса мероприятий по внедрению обновлённых технологий и технических средств в практику работы добывающих компаний.

Методы решения поставленных задач Решение поставленных задач основано на комплексном подходе с использованием методов статистического анализа.

Для подтверждения выводов и реализации предложенных методов использованы экспериментальные данные, полученные при опытнопромышленных испытаниях.

Научная новизна:

- исследованы закономерности регионального распределения высоковязких нефтей, механизм образования и предупреждения асфальтосмолистых отложений в добывающих скважинах Тимано-Печорской и Урало-Поволжской провинций;

- установлено, что в качестве способа предотвращения образования асфальтогидратопарафиновых отложений в верхней части скважинного оборудования возможно использование вторичных эффектов при электролизе пластовой воды, эмульгированной в нефти;

- разработаны устройства предупреждения образования твёрдых отложений и эмульсий в интервале глубин вечномёрзлых пород.

- разработан комплексный механизм предупреждения и снижения эмульсионных образований и солеотложения в глубинно-насосном оборудовании добывающих скважин;

Основные защищаемые положения:

- результаты экспериментального изучения эффектов при электролизе высокоминерализованных пластовых вод, эмульгированных в нефти;

- результаты промысловых исследований электрохимического воздействия на вязкостные характеристики лифтируемого продукта;

- результаты создания и внедрения высокоэффективного комплексного метода и устройств предотвращения образования отложений и глухих пробок в скважинах осложнённого фонда.

Практическая ценность и реализация результатов работы Разработанные при участии автора методические рекомендации и технические средства позволяют предупредить образование твёрдых отложений, включая коррозионные, исключить применение ингибиторов, использование дозировочных насосов и увеличить межремонтный период работы скважин осложнённого фонда.

Разработанные методические рекомендации и комплекс технических решений по предупреждению асфальтосмолистых отложений используются НГДУ Чекмагушнефть АНК Башнефть и ТПП Лангепаснефтегаз ОАО ЛУКОЙЛ - Западная-Сибирь.

В результате применения разработанных технических устройств предупреждения образования твёрдых отложений межремонтный период скважин увеличен в 1,5 раза.

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на научных советах и технических совещаниях в Самарском политехническом университете (г. Самара, 2005 г.), НК Роснефть (г. Москва 2006 г.), ОАО Газпром (г. Москва, 2006 г.), на конференции Энергоэффективность.

Проблемы и решения в рамках VI Российского энергетического форума (г.

Уфа, 2006 г.).

Публикации По теме диссертации опубликовано 16 работ, получено 4 патента РФ.

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка использованной литературы, включающего наименования. Она содержит 119 страниц машинописного текста, 14 таблиц и 18 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована её актуальность, сформулированы цель работы и основные задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены особенности условий образования твердых отложений и методы предотвращения их образования для нефтяных месторождений Урало-Поволжья и Западной Сибири.

Известно, что проблема образования АСПО напрямую связана со снижением объёмов добычи на нефтяных месторождениях, находящихся на стадии растущей обводнённости, и приурочивается, как правило, к интервалу глубин вечномерзлых пород, что приводит к образованию глухих пробок, исключающих возможность циркуляции по контуру межтрубное пространство - лифтовые трубы.

К середине 90-х годов прошлого столетия на промыслах ТиманоПечорского, Ноябрьско-Пуровского и Когалымского регионов фонд скважин, простаивающих из-за гидратопарафиновых отложений, составлял, по разным оценкам, 25Е35 % от общего количества простаивающих скважин. Так, например, фонд скважин, находящихся в простое по причине перекрытия живого сечения и выведенных из эксплуатации Повхвского месторождения превышал 300 единиц.

Сложный состав органических осадков в скважинах обуславливается не только составами нефти и газа, но и условиями эксплуатации скважин, минералогическим составом пласта, а также периодичностью мероприятий воздействия на пласт.

В настоящее время химические методы оказываются единственными и безальтернативными для предупреждения асфальтосмолистых и гидратопарафиновых отложений в скважинах месторождений УралоПоволжья и Западной Сибири, расположенных в приполярной области.

Опыт, накопленный при эксплуатации осложнённых скважин и оборудования, позволяет разработать систему мониторинга технического состояния проблемных скважин с учётом воздействия осложняющих факторов.

Вторая глава посвящена анализу закономерностей регионального распределения высоковязких нефтей (ВВН).

Результаты геозонирования нефтегазоносных бассейнов России по среднебассейновому значению вязкости нефти приведены на рисунке 1., из которого видно, что бассейны с ВВН распространены, в основном, на европейской территории России: Волго-Уральский, Днепровско-Припятский, Прикаспийский и Тимано-Печорский.

Рисунок 1 - Распределение нефтегазоносных бассейнов по величине вязкости нефти На рисунке 2 представлено распределение ВВН по регионам (областям, краям и республикам) Российской Федерации.

Как видно из рисунка 2, наибольшее количество ВВН (более 70 %) находится на территориях 5 регионов: в Пермской области (более 31 %), Татарстане (12,8 %), в Самарской области (9,7 %), в Башкортостане (8,6 %) и Тюменской области (8,3 %).

Рисунок 2-Распределение ВВН по регионам России Дополнительный анализ показал, что ВВН России в среднем являются тяжелыми и сернистыми, высокосмолистыми и высокоасфальтеновыми и с низким содержанием парафина.

Рассмотрены существующие физико-химические методы для предупреждения образования осадков сложного состава в добывающих скважинах, основанные на дозированном введении в добываемую жидкость химических реагентов с одновременным использованием магнитного воздействия на структуру отложений.

В третьей главе приведены физико-химические основы предупреждения образования АСПО с помощью полей, создаваемых электрическим полем, результаты исследования влияния переменного электромагнитного поля на кристаллизацию и образование отложений парафина и физических полей на технологические процессы нефтедобычи.

Наряду с АСПО другим осложняющим добычу фактором на месторождениях Северного Приобья являются гидраты и гидратопарафины.

Так по состоянию на 1.01.05 г. осложненный фонд (АСПО, гидраты, гидратопарафины) по Повхвскому месторождению НГДУ Ватьеганнефть составил 1509 скважин (72,5 % от эксплуатационного фонда), из них по типу эксплуатации УЭЦН-389 скважин, или - 61,8 % от общего числа скважин эксплуатационного фонда, оснащенных УЭЦН; по типу эксплуатации УСШН 1120 скважин или процентах-80,6 % от общего количества скважин эксплуатационного фонда, оснащенных УШГН.

Отложение гидратов происходит в лифтовых трубах при обводненности до 80 %. Часто образуется несколько пробок, находящихся друг от друга на расстоянии от 2 до 150 м и более, заполненных добываемой жидкостью или газом. Толщина отдельных пробок колеблется от нескольких до 350 метров.