Ученые выяснили, как снизить вязкость нефти в 14 раз и повысить добычу

Статья опубликована в журнале «Вычислительная механика сплошных сред». Исследование выполнено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Около 55% запасов России приходятся на высоковязкую нефть, добывать которую сложнее, чем мало- и средневязкую. Вязкость зависит от различных примесей в ее составе и концентрации тяжелых углеводородов (смол, асфальтенов, парафинов).

Добывают высоковязкую нефть с помощью электрических центробежных насосов, которые создают нужное давление для подъема и перекачивания флюида. Однако из-за высокой вязкости нефти оборудование перегружается и выходит из строя при критических значениях вязкости. Для снижения уровня последней используют специальные греющие устройства, которые устанавливают в призабойную область скважины. При нагреве нефть становится менее вязкой, а работа насосов стабильной.

Во время добычи углеводородов важно поддерживать необходимую температуру и контролировать распределение тепла для предотвращения выхода из строя перекачивающего оборудования и обеспечения необходимой величины дебита.

Для анализа процессов тепломассопереноса нефти в скважине с призабойным нагревателем использовался метод математического моделирования. Для оптимизации процесса ученые Пермского Политеха создали трехмерную компьютерную модель, включающую саму скважину, насосно-компрессорную трубу с отверстиями, по которой жидкость поступает в насос, и соединенный с ней нагреватель цилиндрической формы. Модель учитывает распределение температуры, скорости и вязкости нефти, а также параметры самого греющего устройства

Антибактериальное & обычное мыло: в ПНИПУ развеяли мифы о мытье рук С всплеском заболеваемости простудой и ОРВИ требования к личной гигиене повышаются. Особенно важно следить за чистотой рук, но не каждый знает, как делать это правильно. Ученые Пермского Политеха р… naked-science.ru

Реализация модели позволила определить рациональное значение мощности нагревателя, позволяющее снизить вязкость нефти ниже критического для насоса значения на том или ином месторождении, оценить влияние длины нагревателя и условия выхода его из строя.

С помощью модели ученые изучили нагреватели разной мощности (1; 1,75; 2,25 кВт), и длины (1, 3 и 5 метров), но при этом поддерживали одинаковую температуру в 122°С. Ученые экспериментально выяснили, что максимальная температура, при которой могут эксплуатироваться устройства подобного типа, составляет 125°С. Более высокая — может привести к перегреву оборудования и преждевременному выходу из строя.

 – Мы выяснили, что наиболее интенсивный нагрев нефти наблюдается в первых двух метрах трубы при использовании устройства длиной в один 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, – объясняет Наталья Труфанова, заведующая кафедрой «Конструирование и технологии в электротехнике» ПНИПУ, доктор технических наук.

Модель позволила определить, как параметры нагревателя влияют на температуру нефти на входе в насос. Так, длина устройства в один метр и мощность 1 кВт повышает ее значения до 39,11°С, 3 метра с мощностью 1,75 кВт – до 52,39°С, а 5 метров и 2,25 кВт – до 60,18°С. С увеличением температуры понижается и вязкость нефти. В целом все три нагревателя могут использоваться для ее снижения, но этот фактор также зависит от мощности используемого насоса. Для некоторого оборудования нагреватель в 1 метр не подойдет, а в 3-5 метров будут более эффективны.

– В результате мы можем сделать вывод, 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, – поделился Дмитрий Пинягин, аспирант кафедры «Конструирование и технологии в электротехнике» ПНИПУ. 

Разработка ученых Пермского Политеха поможет специалистам в нефтедобывающей практике определить температуру и характер течения углеводородов на заранее известном участке скважины. Применение модели позволит рассчитать необходимую длину нагревателя, которой будет достаточно для снижения вязкости нефти и обеспечения бесперебойной работы электрического центробежного насоса. Это, в свою очередь, повысит долговечность оборудования и снизит материальные затраты при разработке нефтяных месторождений.