Спосіб видобування нафти

Реферат: Винахід належить до нафтовидобувної промисловості. Спосіб полягає витисненні водою нафти через видобувні свердловини та повторному закачуванні пластової води через нагнітальну свердловину. Кавітаційну обробку відокремленої від нафти пластової води здійснюють шляхом послідовного прокачування її під тиском через гідродинамічний та ультразвуковий кавітатори. Як останній використовують циліндричну проточну камеру. До труби нагнітаючої свердловини після гідродинамічного та ультразвукового кавітаторів підводять ультразвукові коливання. Завдяки підтримці незмінним умовного проходу трубопроводу нагнітаючої свердловини та збільшенню терміну безремонтної роботи видобувного комплексу досягається підвищення продуктивності видобування та екологічна безпечність технологічного процесу. UA 113362 C2 (12) UA 113362 C2 UA 113362 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до нафтовидобувної промисловості і може бути застосований в системі підтримки пластового тиску при видобуванні нафти шляхом її витиснення рідиною або в інших галузях господарства в разі необхідності поліпшення фізико-хімічних властивостей рідини за рахунок кавітаційної обробки. Спосіб видобування нафти шляхом її витиснення з нафтоносних горизонтів підвищеним тиском, який створюється за рахунок нагнітання у нафтоносний горизонт рідини є дуже технологічним та продуктивним. Внаслідок екологічних вимог зазвичай для цього багаторазово використовують пластову воду. Але пластова вода після контакту під землею з нафтою є дуже агресивною і містить в собі велику кількість солей, нафтових вкраплень, завислого піску та різних домішок. Тому є неприпустимим витоки цієї рідини на поверхні. Цю насичену солями воду знову використовують для підтримки пластового тиску, нагнітаючи її в нафтоносні горизонти. Але, протікаючи по трубах нагнітаючої свердловини, за умови підвищеної температури ці домішки активно налипають на стінках трубопроводу. Активно відбувається і кристалізація солі на стінках трубопроводів. Умовний прохід труб швидко зменшується, що призводить до зменшення продуктивності нафтопромислу. Тому виникає необхідність періодично зупиняти видобування для заміни трубопроводів, оскільки шар забруднень на внутрішній поверхні труб швидко перетворюється в дуже тверду кірку і не піддається видаленню. Внаслідок цього нафтовидобувні компанії несуть значні збитки. Тому є дуже актуальним вдосконалення відомої технології видобування нафти з метою збільшення терміну роботи нафтовидобувного комплексу без зупинки на обслуговування та ремонт. Відомий спосіб зміни фізико-хімічних властивостей рідин (патент РФ № 2161137 С1, C02F 1/463, 27.12.2000), при якому в рідині проводять гальвано-коагуляцію з подальшим розділенням твердої і рідкої фаз. Перед гальвано-коагуляцією виконують попереднє очищення стічних вод в ємності та обробку рідкої фази за рахунок магнітно-акустичного резонансного впливу. Гальванокоагуляцію здійснюють послідовно в два етапи. На першому етапі гальванічну пару утворюють з часток коксу і заліза, а на другому - з часток коксу і алюмінію. Вказаний спосіб трудомісткий та малоефективний, оскільки не дозволяє рівномірно обробити весь об'єм рідини, шари якої рухаються в трубопроводі з різними швидкостями. Відомий спосіб очищення рідини (патент US № 1590099 А1, B01D 29/72, C02F 1/36, 07.09.1990), який полягає в обробці рідини в потоці ультразвуковими коливаннями, введеними в потік рідини за допомогою ультразвукових випромінювачів, встановлених на стінках трубопроводу разом із звукопоглинаючими накладками, розміщеними навпроти випромінювачів, причому ультразвукові випромінювачі мають різні резонансні частоти, які збільшуються від входу до виходу трубопроводу. Вказаний спосіб також має малу ефективність, оскільки ультразвукове випромінювання відбувається з малої площі випромінювачів. Це не дозволяє збільшити інтенсивність ультразвукових коливань, що вводяться в рідину з метою кавітаційної обробки. Пояснюється це тим, що при намаганні збільшити інтенсивність коливань на поверхні випромінювачів утворюється кавітаційний двохфазний прошарок, який поглинає та розсіює ультразвукову енергію. Тому при намаганні збільшити інтенсивність ультразвукових коливань, що вводяться в рідину, за умови малої площі поверхні випромінювання ефективність кавітаційної обробки рідини різко зменшується. Крім того, у вказаному способі не оговорюється мінімально припустима інтенсивність ультразвукових коливань, при якій ще забезпечується працездатність способу. В разі озвучування рідини коливаннями з інтенсивністю, при якій не досягається поріг виникнення кавітації, тобто якщо тиск у ультразвуковій хвилі в фазі розрідження не падає нижче тиску насиченої пари в рідині за даних умов, кавітація не виникає і запропонований спосіб буде взагалі непрацездатним. Найбільш близьким до запропонованого способу по сукупності ознак і технічному результату є спосіб видобування нафти (патент України № 48863 А, кл. C02F 1/36, 15.08.2002), який полягає в закачуванні обробленої кавітацією води під тиском в нафтоносний горизонт через нагнітаючу свердловину, витисненні водою нафти через видобувні свердловини, розділенні води та нафти, наприклад шляхом відстоювання, кавітаційній обробці відокремленої пластової води та подальшому повторному її закачуванні через нагнітаючу свердловину в нафтоносний горизонт. В даному випадку оговорюється вже тільки кавітаційний режим обробки рідини, що здійснюється резонансними ультразвуковими випромінювачами. Але випромінювання ультразвукових коливань все так же здійснюється тільки з поверхні випромінювачів, що не дозволяє збільшити потужність енергії, яка підводиться, з метою підвищення ефективності та продуктивності обробки. Всі ультразвукові випромінювачі в даному випадку збуджуються на одній резонансній частоті, що призводить до утворення в рідині близьких за розмірами 1 UA 113362 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кавітаційних бульбашок, які при схлопуванні в фазі стиснення ультразвукової хвилі вибухають майже з однаковою енергією та досить вузьким частотним діапазоном ударних хвиль, що не дозволяє зруйнувати кристалічні решітки всіх солей, розірвати ланцюжки вуглеводнів та утворити якісну емульсію, яка тривалий час не розшаровується та не осідає на поверхні трубопроводу. Тому даний спосіб не дозволяє повністю ліквідувати можливість утворення на внутрішній поверхні трубопроводу нагнітаючої свердловини шару із суміші солей, піску, механічних забруднень та нафти. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу видобування нафти, який дозволить надійно забезпечити збільшення терміну роботи нафтовидобувного комплексу без зупинки на обслуговування та ремонт, що приведе до збільшення продуктивності технологічного процесу. Для вирішення поставленої задачі в способі видобування нафти, який полягає в закачуванні обробленої кавітацією води під тиском в нафтоносний горизонт через нагнітаючу свердловину, витисненні водою нафти через видобувні свердловини, розділенні води та нафти, наприклад шляхом відстоювання, кавітаційній обробці відокремленої пластової води та подальшому повторному її закачуванні через нагнітаючу свердловину в нафтоносний горизонт, кавітаційну обробку відокремленої від нафти пластової води здійснюють шляхом послідовного прокачування її під тиском через послідовно встановлені гідродинамічний та ультразвуковий кавітатори, причому в якості останнього використовують циліндричну проточну камеру, стінки якої за допомогою ультразвукових вібраційних приводів, що закріплені на її зовнішній поверхні, збуджують на резонансній частоті, яку обирають рівною власній частоті коливань пластової води, інтенсивність ультразвукових коливань стінок камери вибирають вищою за поріг виникнення в воді ультразвукової кавітації, а до труби нагнітаючої свердловини після гідродинамічного та ультразвукового кавітаторів додатково підводять ультразвукові коливання шляхом закріплення на ній ультразвукових вібраційних приводів. Як відомо, при гідродинамічній кавітації та ультразвуковій кавітації утворюються кавітаційні бульбашки суттєво різного розміру, які, відповідно, мають різну енергетику та частоти ударних хвиль при схлопуванні. Тому сумісне застосування вказаних видів кавітації дозволить значно розширити можливості кавітаційного впливу на розчинені в пластовій воді солі та нафтові вкраплення. Крім того, як відомо кавітаційні бульбашки утворюються із зародків кавітації, якими насичена вода і якими найчастіше є повітряні та газові мікробульбашки. Після розділення пластової води та нафти шляхом відстоювання в умовах відсутності збурень кількість зародків кавітації значно зменшується, що призводить до зменшення в подальшому кавітаційного впливу на пластову воду. Тому встановлення гідродинамічного кавітатора перед ультразвуковим дозволить утворити після схлопування великих бульбашок при гідродинамічній кавітації великої кількості малих за розмірами бульбашок, які стануть зародками для утворення кавітаційних бульбашок при ультразвуковій кавітації, що значно підвищить її ефективність. Застосування резонансної кавітаційної камери дозволить в багато разів збільшити поверхню випромінювання в пластову воду ультразвукових коливань, що надасть можливість вводити в рідину ультразвукові коливання великої потужності з високою ефективністю. Збудження ультразвукових коливань кавітаційної камери на частоті, яку вибирають рівною власній частоті коливань пластової води, дозволяє збурити в рідині ефективні резонансні коливання і забезпечити максимальну ефективність кавітаційної обробки пластової води. Прикладання до труби нагнітаючої свердловини пружних ультразвукових коливань призведе додатково до унеможливлення утворення відкладень на внутрішній поверхні труби. Затверділі попередні відкладення руйнуються та відшаровуються від металевої вібруючої труби внаслідок різниці в значеннях модулів пружності металу та відкладень. Застосування підвищеного статичного тиску при нагнітанні пластової води в продуктивний горизонт дозволяє в декілька разів підвищити інтенсивність кавітаційної обробки, що дає можливість забезпечити високу продуктивність та енергетичну ефективність способу, що пропонується. Реалізація вказаного способу видобування нафти здійснюється у відповідності до схеми, яка представлена на фіг. 1. На фіг. 2 представлений переріз резонансної кавітаційної камери по лінії розміщення ультразвукових випромінювачів. Кавітаційне обладнання монтується на трубопроводі нагнітаючої свердловини 1 (фіг. 1) після насоса 2. Спочатку за допомогою приєднувальних фланців встановлюють гідродинамічний кавітатор 3. За ним встановлюють ультразвуковий кавітатор 4, а потім вже на самій трубі нагнітаючої свердловини встановлюють ультразвукові вібратори 5. Ультразвуковий кавітатор 4 виконують у вигляді резонансної кавітаційної камери 6, в якій за допомогою ультразвукових приводів 7 лінійних переміщень збуджують резонансні поздовжньо-згинальні 2 UA 113362 C2 5 10 15 20 25 30 35 коливання 8 та радіально-згинальні коливання 9 (фіг. 2). Ультразвукові приводи 7 встановлюються посекційно в пучностях стоячої пружної хвилі деформації. Частоту резонансних коливань ультразвукового кавітатора при цьому вибирають рівною частоті власних коливань рідини. Видобування нафти згідно з запропонованим способом відбувається наступним чином. Після відстоювання і відокремлення від нафти пластову воду насосом 2 подають під тиском у гідродинамічний кавітатор 3. В кавітаторі 3 за рахунок штучно створеної, наприклад, за допомогою встановленої механічної перешкоди значної різниці відносних швидкостей в потоці досягається місцеве зниження тиску до рівня тиску насиченої пари в рідині за даних умов. Внаслідок місцевого падіння тиску за перешкодою виникає гідродинамічна кавітація у вигляді кавітаційної каверни, яка заповнюється парогазовою сумішшю і потім руйнується, перетворюючись у велику кількість бульбашок меншого розміру, або за перешкодою в зоні пониженого тиску зразу утворюється шлейф кавітаційних бульбашок, заповнених парогазовою сумішшю. Потрапляючи в зону підвищеного тиску, бульбашки схлопуються з утворенням потужних сферичних хвиль, кумулятивних струменів, інтенсивних мікропотоків та великої кількості зародків кавітації, які потрапляють в ультразвукову резонансну кавітаційну камеру 6. В ультразвуковому кавітаторі 4 завдяки резонансним коливанням 8 та 9 камери із зародків кавітації в фазі розрідження ультразвукової хвилі утворюється величезна кількість маленьких за розмірами кавітаційних бульбашок, які, здійснюючи одно або декілька переколивань, схлопуються в фазі стиснення ультразвукової хвилі. При цьому, як і в попередньому випадку, виникають ударні хвилі і т.п., але частоти ударних хвиль та енергетика процесу руйнування бульбашок зовсім інші. Це дозволяє впливати на кристалічну решітку солей в широкому діапазоні частот, що на певний час забезпечує руйнацію решіток і перешкоджає кристалізації солей на внутрішній поверхні трубопроводу. Інтенсивні ударні хвилі руйнують ланцюжки вуглеводнів, внаслідок чого вода із вкрапленнями нафти перетворюється в емульсію, яка не осідає на стінках трубопроводу. Оскільки частота резонансних коливань кавітатора вибрана рівною частоті власних коливань рідини, то в рідині відбувається збурення резонансних коливань, що забезпечує максимальну ефективність кавітаційних явищ. Після такої інтенсивної кавітаційної обробки пластову воду подають в трубу свердловини 1. На цю трубу за допомогою ультразвукових вібраторів 5 накладають пружні ультразвукові коливання, що додатково перешкоджає кристалізації солей та осіданню забруднень на її поверхні. Внаслідок застосування запропонованого способу видобування нафти за рахунок підтримки незмінним умовного проходу трубопроводу нагнітаючої свердловини та збільшення терміну безремонтної роботи видобувного комплексу буде досягнуто суттєве підвищення продуктивності видобування. Підвищиться і екологічна безпечність технологічного процесу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 Спосіб видобування нафти, який полягає в закачуванні обробленої кавітацією води під тиском в нафтоносний горизонт через нагнітаючу свердловину, витисненні водою нафти через видобувні свердловини, розділенні води та нафти, наприклад шляхом відстоювання, кавітаційній обробці відокремленої пластової води та подальшому повторному її закачуванні через нагнітаючу свердловину в нафтоносний горизонт, який відрізняється тим, що кавітаційну обробку відокремленої від нафти пластової води здійснюють шляхом послідовного прокачування її під тиском через послідовно встановлені гідродинамічний та ультразвуковий кавітатори, причому як останній використовують циліндричну проточну камеру, стінки якої за допомогою ультразвукових вібраційних приводів, що закріплені на її зовнішній поверхні, збуджують на резонансній частоті, яку вибирають рівною власній частоті коливань пластової води, інтенсивність ультразвукових коливань стінок камери вибирають вищою за поріг виникнення в воді ультразвукової кавітації, а до труби нагнітаючої свердловини після гідродинамічного та ультразвукового кавітаторів додатково підводять ультразвукові коливання шляхом закріплення на ній ультразвукових вібраційних приводів. 3 UA 113362 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4