#нефтедобыча

В нефтедобывающей, химической, металлургической и других отраслях часто применяется сталь 14Х17Н2. Ее используют при изготовлении компрессоров, лопаток турбин, валов, крепежных элементов, подшипников в машиностроении, ответственных деталей в химическом оборудовании. Изделия из этой стали работают в агрессивных средах и часто выходят из строя из-за коррозии, вызванной сероводородом. Особенно страдают детали, которые постоянно подвергаются нагрузке, например, штанговые глубинные насосы для добычи нефти. Ученые Пермского Политеха и специалисты компании «ЭЛКАМ-нефтемаш» разработали новый режим термической обработки, который позволит значительно повысить стойкость материала к разрушению даже в таких суровых условиях эксплуатации.

Одна из главных задач для нефтегазовой отрасли России — повышение эффективности добычи. Крупные месторождения истощаются, доля трудноизвлекаемых запасов растет, поэтому важно изучать факторы, влияющие на степень извлечения углеводородов из недр. Существующие методы оценки эффективности добычи недостаточно точны, поскольку в них есть параметры, определение которых носит субъективный характер. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод оценки эффективности выработки запасов нефти, основанный на более точных показателях. Его использование позволит выявить наилучшие условия для добычи.  

Как понять, сколько в нефтяных залежах осталось полезных ископаемых, как они распределены в горной породе и как повысить эффективность их добычи? Для ответов на эти вопросы нефтяники создают 3D-модель месторождения. Она позволяет спрогнозировать будущее поведение нефти и газа и спланировать их наиболее продуктивную добычу. От ее точности во многом зависит правильность всех принятых решений по извлечению ресурсов. Но пока остаются проблемы с компьютерным воспроизведением сложных коллекторов, которые отличаются большим количеством пустот и трещин в структуре. Ученые Пермского Политеха разработали подход, который на 10 процентов повышает достоверность моделирования таких нефтяных залежей. Он дает возможность качественно оценить реальные фильтрационные потоки, по которым жидкость продвигается к скважине.

Геомеханическое моделирование широко используется при строительстве и разработке нефтяных месторождений. Оно позволяет точнее подобрать необходимое оборудование для вскрытия пласта, определить его интервал, оптимальную траекторию ствола скважины, оценить устойчивость горной породы в процессе бурения и добычи. Все это важно для максимально эффективной разработки месторождений. Тем не менее, существующие аналитические решения часто дают неточные результаты, так как учитывают не все факторы. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет анализировать напряженное состояние обсадной колонны, цементного камня и участка породы вблизи скважины. Это дает возможность оценивать, как условия вскрытия пласта и применяемые материалы для цементирования скважины отразятся на ее устойчивости и продуктивности.

В нефтедобыче для извлечения углеводородов из скважины и поддержания пластового давления активно используют специальные насосы. Они работают с помощью поршня, который возвратно-поступательными движениями перекачивает нефть или воду. Часто на одной скважине требуется установка сразу нескольких одновременно работающих насосов для большей подачи жидкости. Однако в этом случае разная скорость работы поршней приводит к неравномерной перекачке жидкости из-за возникающих пульсаций подачи и колебаний давления. Это вызывает аварии, связанные с повреждениями трубопровода и оборудования. Ученые Пермского Политеха разработали способ эффективного снижения неравномерной подачи жидкости, который обеспечивает надежную работу поршневых насосов и минимизирует простой нефтегазового оборудования.

В нефтедобыче прогнозирование свойств коллекторов — важная задача, позволяющая оценить потенциал месторождения и принять решения по его качественной разработке. Обычно для этого проводят геофизические исследования, с помощью которых определяют характеристики горных пород: пористость, плотность и проницаемость. На их основе строят 3D-модель месторождения и получают информацию о содержащихся в нем запасах нефти и газа. Но структура и свойства коллекторов очень изменчивы, и такая неоднородность часто препятствует получению достоверных данных традиционными методами. Ученые Пермского Политеха разработали подход для моделирования пористости в нефтегазовой отрасли на основе искусственного интеллекта. Он позволит на 56 процентов повысить точность прогноза и эффективность разработки месторождений.

Разработка месторождений нефти и газа оказывает значительную техногенную нагрузку на экологическую обстановку. Особую опасность представляет буровой шлам, который образуется при бурении скважин. Он в больших количествах складируется в шламовых амбарах, занимающих площадь до 2500 квадратных метров. Высокое содержание в отходах нефтедобычи различных солей приводит к засолению грунтов, поверхностных и подземных вод, что, в свою очередь, оказывает негативное влияние на почвенный и растительный покров. Сегодня активно изучается экологически безопасный способ восстановления земель методом фиторемедиации. Он основан на извлечении загрязняющих веществ из техногенных почвогрунтов при помощи специально подобранных растений. Ученые Пермского Политеха изучили возможность применения такой технологии для преобразования шламовых амбаров в природные экосистемы.

Электроэнергия — это одна из основных статей расходов в нефтедобыче. Ее экономия позволяет снизить траты на производство и, соответственно, повысить его рентабельность. Отрицательно на эффективность нефтяного оборудования влияет повышение давления в скважине, что не только снижает добычу, но также вынуждает затрачивать на работу больше электричества и может привести к повреждению техники и авариям на производстве. Ученые Пермского Политеха разработали комплексную методику, которая позволяет оценивать, как затрубное давление влияет на расход электроэнергии, и определили оптимальный уровень, на котором его следует поддерживать.

Для добычи нефти из скважин больших глубин используют штанговые глубинные насосы, которые в процессе эксплуатации подвергаются высоким нагрузкам. Особенно это сказывается на одной из важнейших частей устройства — насосном штоке. Это цельный металлический пруток, который толкает плунжер, создавая необходимое для перекачки нефти давление. Работа оборудования в суровых условиях приводит к появлению коррозии на резьбе детали, из-за чего его материал в дальнейшем разрушается. Для стабильной работы насосов необходимы методы, предотвращающие быстрое изнашивание таких элементов. Ученые Пермского Политеха предложили способ локального упрочнения насосных штоков с помощью технологии индукционной термической обработки. Применение разработанных рекомендаций на практике обеспечит надежность и долговечность скважинного оборудования в агрессивных условиях, свойственных горнодобывающей отрасли.

Трубопроводные системы используют в водоснабжении, канализации, отоплении, а также при транспортировке нефти и газа. При работе насосов, компрессоров и другого оборудования возникают сильные вибрации, которые могут привести к разрушениям конструкций, просадкам грунта и авариям. Для предотвращения таких ситуаций трубопроводы оснащают специальными тонкослойными резино-металлическими элементами с хорошими виброизоляционными свойствами. От подобранных материалов и процесса производства этих деталей зависит работа и безопасность всей системы. Ученые Пермского Политеха проанализировали разные технологии изготовления таких элементов и определили материалы, которые позволят повысить прочность в 2-2,5 раза.

Легкоизвлекаемая нефть в России стремительно сокращается, поэтому для обеспечения спроса на экспортном и внутреннем рынках необходимо вводить разработку новых месторождений, в том числе трудноизвлекаемых запасов. На сегодня их объем составляет порядка 3,4 миллиарда тонн. Но специфика добычи таких ископаемых требует существенных затрат и применения новых технологий. Один из перспективных видов оборудования для добычи нефти из наклонно-направленных скважин и скважин с боковыми стволами -насосные установки с канатными штангами. Их располагают в месте интенсивного набора кривизны для соединения станка-качалки с насосом. У оборудования высокая эффективность, но из-за недопустимого изгиба при провисании колонна может отказать, и вся установка выйдет из строя. Ученые Пермского Политеха предложили новый способ крепления канатной штанги в искривленном участке скважины, который обеспечит ее прямолинейное положение и увеличит работоспособность оборудования.

Во всех отраслях производственной деятельности, в том числе на предприятиях нефтедобычи, используется множество разнотипного оборудования. Появление неисправности или выход даже одной машины из строя приводит к издержкам и перерывам в работе в ожидании ее замены или ремонта. Хранение же дополнительных избыточных деталей на предприятии нецелесообразно. Поэтому, помимо отслеживания состояния установок и прогноза их отказа, необходимо грамотное управление запасными частями. Применяемые сейчас способы основаны на вероятностных методах и сложных математических моделях, которые требуют большого объема вводных данных. Ученые Пермского Политеха оптимизировали систему обслуживания и заказа необходимого количества запасных единиц для современного промышленного оборудования. Метод сведет к минимуму простой неисправных машин и снизит эксплуатационные расходы предприятий.

Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН промоделировали двухфазное течение в пористых средах с использованием неоднородной сетевой модели. Их исследование поможет более эффективно добывать углеводороды и исследовать подземные пласты.

Главный современный углеводород — нефть — не так-то просто добыть. Геологам приходится работать на удаленных от больших городов месторождениях, организовывать нефтедобычу в холодном море, бурить скважины под углом, строить гигантские сооружения для обслуживания процесса и совершать другие технологические подвиги. Naked Science разобрал пять формул, которыми пользуются нефтяники для изучения месторождений, прежде чем вообще начинать разработку и строительство инфраструктуры.

По различным оценкам мировые запасы трудноизвлекаемой нефти составляют от 600 миллиардов до одного триллиона тонн. Количество «легкодоступной» жидкой нефти в России, как и во всем мире, постоянно снижается, а разработка месторождений смещается в малоисследованные районы. В связи с этим требуется развитие и улучшение технологий добычи более вязких флюидов. Чтобы извлечь их, используют термошахтный способ, при котором нефть разжижают, закачивая в пласт горячий пар. Несмотря на увеличение нефтеотдачи, метод нарушает условия труда из-за превышения допустимой температуры воздуха в рабочей зоне, которая составляет 20-24 градусов. Применяемые сегодня способы и технологии для решения этой проблемы малорезультативные и финансово затратные. Ученые Пермского Политеха разработали новый эффективный метод, который позволит поддерживать под землей температуру в пределах нормы и снизит риски для здоровья рабочих.

Неправильно подобранные параметры работы нефтяной скважины могут снизить ее продуктивность до 15 процентов. Для гидродинамической связи пласта со скважиной проводят перфорационные работы — создают каналы, обеспечивающие движение флюидов во время эксплуатации. Управлять процессом можно с помощью разницы давлений. Ученые Пермского Политеха разработали модель околоскважинной зоны, включающей эксплуатационную колонну, цементный камень и участок породы-коллектора с перфорационными отверстиями. Это позволило определить наиболее оптимальные параметры работы для высокой эффективности добычи углеводородов.

Стальные трубы используют в бурении скважин для добычи нефти, газа и воды. Этот важный элемент оборудования также служит для защиты стенок скважины от обрушения. При этом сталь должна быть прочной, пластичной, устойчивой к коррозии, иметь высокую ударную вязкость (то есть обладать большим запасом прочности) — это нужно, чтобы изделия оставались работоспособными как можно дольше. Существующие марки стали либо не обладают необходимыми сочетаниями этих показателей, либо слишком сложны и экономически не выгодны в производстве. Ученые Пермского Политеха предложили способ термической обработки низкоуглеродистой мартенситной стали, который обеспечивает лучшее сочетание ее механических свойств.

Эффективность разработки нефтегазовых залежей зависит от их энергетического состояния — текущих пластовых и забойных давлений, а также их динамики. Когда «энергии не хватает», существует высокая вероятность не достичь проектного коэффициента извлечения нефти. В этом случае в пласт закачивают воду или другие агенты, что позволяет увеличить дебит. Ученые ПНИПУ и эксперты «Газпром нефть» определили наиболее эффективный способ заводнения для неоднородного коллектора и рассчитали его экономическую эффективность. Исследование позволит извлекать нефть из самых труднодоступных участков, увеличивая доход без значительных финансовых вложений.

Ученые Пермского Политеха создали сервис Data Stream Analytics (DSA) — программный продукт на основе методов искусственного интеллекта, который оперативно моделирует виртуальное исследование скважины с определением пластового давления. У модульной программы нет аналогов.

В России и других странах снижается уровень добычи нефти из доступных месторождений. Перспективной становится разработка низкопродуктивных залежей — карбонатных коллекторов. Для извлечения из них максимального объема углеводородов создают систему скважин, но для этого важно знать размер области, охватываемой процессом дренирования. Ее определяют с помощью двух известных методов. Ученые Пермского Политеха провели расчеты, проанализировали результаты, полученные каждым из методов, и сравнили их с реальными промысловыми данными. Так политехники выявили наиболее достоверный способ расчетов.