Вступ. Проблема пошуку ефективних технологій видобування високов’язкої нафти із свердловин сьогодні є актуальною у всіх нафтовидобувних країнах світу, у тому числі і в Україні. Для удосконалення цих технологій і технічних засобів використовують нові фізичні явищах та ефекти. До таких фізичних явищ відноситься і кавітація. Використання кавітаційно-пульсаційної технології для зниження в’язкості важких нафт в свердловинних умовах на родовищах з високов’язкими вуглеводнями може забезпечити істотне збільшення дебіту свердловин та зниження витрат на їх експлуатацію [1]. Тому проблема більш ефективної експлуатації свердловин, що продукують високов’язкі нафти, за умов існування дефіциту енергоносіїв є актуальною і потребує подальшого вивчення.
Останнім часом виявлені термодинамічні ефекти, що виникають в пористому середовищі внаслідок дії на нього ультразвуком. До таких відносяться:
- термоакустичний ефект, що виражається у зміні ефективної теплопровідності середовища в акустичному полі;
- явище зміни тиску насичення, а також зміщення точки конденсації вуглеводневих систем в пористому середовищі під дією акустичного поля;
- руйнування гідратних газів під дією тепла і ультразвуку.
Ці та інші ефекти від дії акустичних коливань на високов’язку нафту можуть бути використані з метою інтенсифікації видобування нафти [2]. Вони є ефективними лише тоді, коли інтенсивність коливань достатня і основним в цьому є розробка, випробування і впровадження потужних і довговічних генераторів імпульсного поля. Перспективними в цьому напрямі є гідродинамічні випромінювачі.
Ефективність цих пристроїв часто залежить від комплексу одночасної дії не одного, а декількох факторів, які поодинці не дають бажаного ефекту [3,4]. Так, ефективність акустичних коливань суттєво підвищується за одночасного температурного впливу і циклічної зміни тиску.
Дослідження коливань тиску, які створюються гідродинамічним кавітатором. Гідродинамічний кавітатор встановлюється на вході у всмоктувальну лінію струминного насоса і, створюючи штучну кавітацію, руйнує механічну структуру високов’язкої нафти, яка всмоктується струминним насосом. Для реалізації цієї технології в Івано-Франківському національному університеті нафти і газу була удосконалена конструкція гідродинамічного кавітатора [5, 6] і проведено дослідження пульсаційно-кавітаційних процесів, що виникають під час роботи такого пристрою. Схема гідродинамічного кавітатора зображена на рис. 1.
Дослідження роботи гідродинамічного кавітатора удосконаленої конструкції та його впливу на нафту було проведено на базі нафтогазовидобувного управління «Долинанафтогаз». Для цього за розробленою програмою і методикою було проведено експериментальні випробування [7, 8]. Виходячи з поставленої мети експериментальних досліджень щодо створення пульсацій тиску в робочій рідині за допомогою гідродинамічного кавітатора, було розроблено і виготовлено стендову експериментальну установку. Дослідження проводилися згідно з нижче наведеною схемою (рис. 2).
Нафта 11 подається через шток 2 від насосного агрегату 6 типу 4АН-700, проходить через гідродинамічний пристрій-кавітатор 1 і спрямовується у ємність 9. Із ємності нафта прямує у викидну лінію 8 і знову повертається у насос. Тиск на вході і на виході в установку фіксується в автономному режимі через датчики тисків 13, 12 із записом їх показників на комп’ютері станції контролю і керування ЕC-22-ACD 7.
1 – патрубок; 2 – пружинний стрижень; 3 – циліндричний корпус;
4 – ступінчатий дифузор; 5 – тангенціальні вхідні канали
Рисунок 1- Схема гідродинамічного кавітатора
Послідовність проведення операцій була такою:
1. Напомпували в сталеву ємність 1 м3 підготовленої товарної нафти (ПТН).
2. Провели вимірювання вихідних показників товарної нафти: температури, в’язкості, густини.
3. Обв’язали дослідну установку з насосним агрегатом, ємністю з нафтою і станцією контролю і керування ЕC-22-ACD.
4. Провели прокачування ПТН з тиском 7 МПа на насосному агрегаті упродовж 10 хвилин через дослідну установку і ємність без встановлення у шток установки гідродинамічного пристрою- кавітатора.
5. Зупинили роботу насоса. Провели вимірювання показників нафти: температури, густини і в’язкості.
6. Встановили у дослідній установці гідродинамічний кавітатор з діаметром комбінованого сопла спочатку 8 мм, а пізніше 6 мм та почали прокачування ПТН упродовж 10 хвилин і фіксували тиск на вході і на виході з установки.
7. Зупинили роботу насоса, відібрали із сталевої ємності пробу ПТН і провели вимірювання показників нафти: температуру, в’язкість, густину
1 – гідродинамічний кавітатор; 2 – шток; 3 - корпус експериментальної установки; 4 – контргайка; 5 – нагнітальна лінія; 6 – насосний агрегат; 7 – станція контролю і керування ЕC-22-ACD; 8 – викидна лінія; 9 – ємність для нафти; 10 – горловина ємності; 11 – нафта; 12 – контрольний датчик тиску на виході з установки; 13 - контрольний датчик тиску на вході в установку
Рисунок 2 - Схема обв’язки стендової експериментальної установки при проведенні досліджень роботи гідродинамічного кавітатора удосконаленої конструкції
Прокачування нафти через дослідну установку з гідродинамічним кавітатором тривало близько однієї години. Через кожні 10 хв. зупиняли роботу насоса, відбирали проби нафти і проводили вимірювання її показників: температури, густини і в’язкості.
Усього було відібрано сім проб. Необхідно відзначити, що дослідження проводились за температури повітря – 6 °С, швидкості вітру 8-12 м/с і атмосферних опадах у вигляді снігу.
Вихідні параметри нафти: температура - 14 °С; густина =849 кг/м3; кінематична в’язкість =18,52 мм2/с, статична напруга зсуву через одну і десять хвилин становила СНЗ = 2,0/2,5 дПа.
Необхідно відзначити, що під час прокачування нафти упродовж 10 хвилин без встановлення у шток дослідної установки гідродинамічного кавітатора температура нафти знизилась на 2 °С, а густина, кінематична в’язкість і СНЗ (1/10) відповідно збільшились і становили =854 кг/м3 і =28,946∙10-6 м2/с і СНЗ = 2,5/3,5 дПа.
За результатами стендових експериментальних досліджень складено акт, в якому було відмічено, що гідродинамічний кавітатор є безпечним в екологічному відношенні і може бути використаний як засіб для зниження в′язкості нафти у вибійних умовах у складі комплекту обладнання для видобування із свердловин високов’язкої нафти з вмістом асфальтенів, смол і парафінів.
Висновки. Внаслідок проведення експериментальних досліджень були отримані такі результати:
- встановлено можливість виникнення пульсацій і кавітаційних процесів у потоці робочої рідини при її проходженні через гідродинамічний кавітатор;
- виявлено, що в’язкість нафти знижується з перших секунд роботи гідродинамічного кавітатора, який, створюючи знакозмінні коливання тиску, руйнує механічну структуру високов’язкої нафти, що сприяє збільшенню швидкості її відкачування із свердловин;
Проведені дослідження вказують на суттєвий вплив гідродинамічного кавітатора на параметри нафти і на доцільність застосування цього пристрою у технологічній схемі для видобування із свердловин високов’язких нафт. Роботи у цьому напрямку тривають.
Література:
1. Шандровський Т.Р., Якимечко Я.Я. До проблеми створення насосів для підіймання із свердловин високов'язких нафт [Текст] / Т.Р. Шандровський, Я. Я. Якимечко // Нафтова і газова промисловість. - 1999. - № 2. - С. 41-44.
2. Якимечко Я.Я. Концепції видобування високов'язких вуглеводнів [Текст] / Я. Я. Якимечко // Розвідка і розробка нафтових та газових родовищ. - Івано-Франківськ. - 1999. – Вип. 36 - С. 200-206.
3. Якимечко Я.Я. Інтенсифікація видобування важких нафт зниженням їх в’язкості за допомогою гідродинамічного кавітатора [Текст] /Я.Я. Якимечко, Р.С. Яремійчук, Т.Р. Шандровський, О.Ю. Витязь, Я.М. Фем’як // Нафтова і газова промисловість. - 2005. - № 6. – С. 24-26.
4. United States Patent 4,702,315, Int. Cl. Е 21В 43/25. Method and apparatus for sonically stimulating oil wells to increase the production thereof / Albert G. Bodine.; appl. № 900,587; filed: Aug. 26, 1986; date of Patent: Oct. 27, 1987.
5. Патент 36439А Україна, МПК В06В1/20. Гідродинамічний кавітатор / Р.С. Яремійчук, Т.Р. Шандровський, Я. Я. Якимечко; заявники і патентовласники: Р.С. Яремійчук, Т.Р. Шандровський, Я.Я. Якимечко. - № 99126895; заявл. 17.12.1999; опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3.
6. Патент 57331 Україна, МПК F04F 5/00 E21B 37/00. Спосіб роботи насосно-ежекторної свердловинної струминної установки з гідродинамічним пульсатором для видобування високов‛язких нафт/ Р.С. Яремійчук, Я.Я. Якимечко, Т.Р. Шандровський: заявники і патентовласники Р.С. Яремійчук, Я.Я. Якимечко, Т.Р. Шандровський. - № u2010 08424; заявл. 05.07.2010; опубл. 25.02.2011. Бюл. № 4.
7. Якимечко Я. Я. Стендові випробування гідродинамічного пристрою-пульсатора та його вплив на параметри товарної нафти [Текст] / Я. Я. Якимечко // Нафтова і газова промисловість. – 2009. – № 5-6. – С. 29–30.
8. Якимечко Я. Я. Вплив пульсацій тиску, створених гідродинамічним кавітатором, на параметри нафти / Я. Я. Якимечко, Я. М Фем‛як., С. О. Овецький, І. Я. Яремко // Тези допов. і повідомл. міжнар. наук.-техн. конф. «Нафтогазова енергетика – 2011», м. Івано-Франківськ, 10-14 жовтня 2011 р. – Івано-Франківськ.: вид-во ІФНТУНГ, 2011. – С. 48.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter