В последнее время активно развивается добыча тяжелой нефти с высокой вязкостью, запасы которой в России очень велики. Месторождения тяжелой нефти находятся на глубине до 2000 метров, характеризуются невысокой пластовой температурой и большим содержанием парафинов, которые при определенных условиях выпадают из нефти и могут откладываться на стенках оборудования, дополнительно затрудняя добычу. При движении по лифтовым трубам поток нефти планомерно охлаждается, вязкость увеличивается вплоть до полной потери текучести, что требует применения методов борьбы с этим осложнением. Для этого активно применяют тепловые методы, одним из которых является прогрев осложненного участка скважины нагревательным кабелем. Ученые Пермского Политеха доказали эффективность использования греющего кабеля с помощью математического моделирования.
В Пермском Политехе доказали положительное воздействие греющего кабеля на добычу высоковязкой нефти / ©Getty images
Исследование опубликовано в журнале «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов». Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края и в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Высокая вязкость добываемого сырья является фактором, осложняющим добычу, и негативно сказывается на эксплуатации глубинно-насосного оборудования, что приводит к падению добычи и росту себестоимости добываемой нефти. Величина вязкости зависит от температуры нефтяного потока. Чтобы определить температуру, при которой вязкость нефти обеспечивает нормальную работу электроцентробежного насоса, ученые провели эксперименты температурной зависимости вязкости для взятых образцов нефти. Эксперимент показал, что нормальная эксплуатация скважины достигается при температуре образца 70 градусов и выше. При температуре ниже 60 градусов подъем нефти невозможен.
Ученые изучали нефтяную скважину, для которой характерно высокое содержание парафинов в нефти. Политехники поставили перед собой задачу определить необходимую удельную мощность нагрева для поддержания температуры, при которой сохраняется текучесть нефти, не допускается выпадения парафиновых веществ и обеспечивается беспроблемная эксплуатация скважины.
Для оценки влияния работы греющего кабеля на температурное состояние скважины ученые рассматривали вертикальный участок длинной 1600 метров и греющий кабель, расположенный внутри насосно-компрессорной трубы, длиной 1500 метров. Реализацию математической модели осуществляли численно, методом конечных объемов в программном продукте ANSYS Fluent. Ученые провели численные эксперименты для скважины без кабеля и с кабелем, работающим с различной удельной мощностью, которая зависит от питающего напряжения.
«При осуществлении нагрева с удельной мощностью 24,1 и 31,7 Вт/м средняя температура потока превышает значение равное 70 градусам, а при нагреве с мощностью 20,6 Вт/м максимальное значение средней температуры в скважине достигается на глубине 670 метров и составляет 67 градусов. При работе кабеля с удельной мощностью равной 31,7 Вт/м температура изоляции нагревательного кабеля достигает 120 градусов, что превышает длительно допустимое значение и может привести к ускоренному старению изоляции и преждевременному выходу изделия из строя», — рассказывает доцент кафедры «Конструирование и технологии в электротехнике», кандидат технических наук Никита Костарев.
Исследователи при осуществлении нагрева рекомендуют придерживаться удельной мощности 24,1 Вт/м, при которой температура нефтяной жидкости не опускается ниже 70 градусов и исключается ускоренное старение изоляции кабеля в следствие перегрева. Тогда эффективность и надежность технологии будут выше.
Наличие греющего кабеля в скважине благоприятно сказывается на параметрах добычи, приводит к увеличению объема получаемого продукта и долгосрочной эксплуатации оборудования. Также в работе ученые определили, что включение греющего кабеля уменьшает перепад статистического давления в насосно-компрессорной трубе. Это подтверждает эффективность греющего кабеля для добычи высоковязкой нефти.
