Научные разработки

На нефтяных месторождениях Украины используется система поддержки пластового давления за счет нагнетания жидкости в пласт. Без предыдущей подготовки пластовой воды её химико-механические свойства не удовлетворяют требованиям экологических служб к охране окружающей среды и рационального использования ресурсов [1]. Закачивание воды без предыдущей подготовки приводит к загрязнению пор в околозабойной зоне скважины и ограничивает её проникновение в пласты. В результате этого не поддерживается пластовое давление и снижается добыча нефти. При прохождении жидкости, которая закачивается в пласты, на внутренней поверхности стенок трубопровода откладываются соли и механические примеси. Повысить производительность очищения и предотвратить дальнейшее их отложение возможно благодаря использованию внутренней энергии среды.

Её высвобождение обеспечено трансформацией совокупного действия потоков механической, электромагнитной и акустической энергии внешних источников; а эффективность очищения достигается субрезонансным режимом колебаний с собственными колебаниями примесей, которые загрязняют жидкость. Для реализации этого была создана магнитно-ультразвуковая система подготовки воды (МУС-ПВ) для нагнетания в продуктивные горизонты [2], рисунок 1.

Рисунок 1 - Магнитно-ультразвуковая система подготовки воды для нагнетания в продуктивные горизонты: 1 - Блок знакопеременного магнитного поля; 2 - Генератор акустических колебаний.

Внешним источником энергии в данной магнитно-ультразвуковой системе является блок знакопеременного магнитного поля 1 и генератор акустических колебаний 2, которые и создают, потоки механической, электромагнитной и акустической энергии. Они нагружают жидкостную среду и активизируют внутренний энергетический потенциал. Генератор акустических колебаний (ГАК) на входе в систему работает на основе физических принципов квантовой теории поглощения и излучения веществом электромагнитных волн; ГАК превращает часть внешней энергии в кванты энергии с использованием эффекта накачки энергии в жидкость. При этом из жидкости высвобождается внутренняя энергия. Трансформация совокупности внешних и внутренних энергетических потоков к субрезонансным диапазонам приводит к разрушению электромагнитных связей между молекулами воды и загрязнениями.

МУС-ПВ для нагнетания в продуктивные горизонты запущенна в действие на объекте нефтепромысла НГДУ "Черниговнефтегаз" в апреле 2001 года. Для оценки эффективности очищения рабочих поверхностей трубопроводов предусмотренна контрольная вставка, рисунок 2.

Рисунок 2 - Контрольная вставка

Рисунок 3 - Контрольная вставка после демонтажа.

МУС-ПВ для нагнетания в продуктивные горизонты проработала на первом этапе 6 месяцев с момента установления и ввода ее в действие

В сентябре 2001 года была создана техническая комиссия в составе работников НГДУ "Черниговнефтегаз" и ЧП "Нік-тск" с целью проверки эффективности установки. На внутренней поверхности контрольной вставки после демонтажа, рисунок 3, загрязнения не выявлены. Это подтверждает, что МУС-ПВ для нагнетания в продуктивные горизонты предотвращает образование отложений солей и механических примесей на внутренних поверхностях стенки контрольной вставки. На внутренних поверхностях трубопровода, вне контрольной вставки, рисунок 4, выявлено разрыхление и уменьшение пласта отложений. Толщина рыхлого пласта загрязнения измерена согласно нормативному документу [3]. Результаты измерений приведены в таблице 1.

Согласно нормативному документу [3] метод и точность измерений принимают согласно требованию, что настоящие погрешности измерений меньше, чем предельная погрешность. Измерения проводились 10 - метровой металлической рулеткой третьего класса точности ЗПКЗ-10АУТ/10 при температуре 20 °С, атмосферном давлении 760 мм. рт. ст., относительной влажности воздуха 60 %, скорости воздуха 0 м/с. Предельная погрешность измерений δx_met:

    где K = 0,2 - коеффициент, который зависит от цли измерений согласно [4];
    Δx - допуск измерительного инструмента согласно [3].

В суммарную погрешность измерения длины изделия рулеткой входят составные погрешности: - Δx₁ = 0,2 поверки рулетки; Δx₂ = 0,22 - от погрешности измерения температуры окружающей среды; Δx₃ - от снятия отсчётов по шкале рулетки на правом и левом краях контрольной вставки. Экспериментально установлено, что снятие отсчётов по шкале рулетки не превышает 0,3 мм, при этом погрешность Δx₃ снятие отсчётов на правом и левом краях контрольной вставки:

Расчётная суммарная погрешность измерений равна:

Данный метод и способ измерения может быть принят для осуществления измерений, так как расчетная суммарная погрешность измерений меньше предельной погрешности, которая соответствует нормативному документу [4].

Среднее арифметическое значение измеренного размера Х_в = 1,5 см. Оценку точности измерений проводят по следующим формулам: Средняя квадратичная погрешность S_x,met результатов измерения:

,

где m - количество сечений, в которых проводились измерения согласно [4].

Настоящая погрешность измерений δx_s,met:

где t = 2 - по таблице коеффициентов согласно [3] .

Предельная погрешность измерений δx_s,met:

Действительная погрешность измерения меньше, чем предельная погрешность, то есть точность измерения 0,001 удовлетворяет нормативному документу [4].

Результаты измерения слоя загрязнений на внутренней поверхности трубопровода перед установлением и запуском в действие МУС-ПВ для нагнетания в продуктивные горизонты приведены в таблице 2.

Средняя квадратичная погрешность результатов измерения:

,

Действительная погрешность измерения:

Предельная погрешность измерений:

Анализ показал, что величина слоя загрязнений при работе МУС-ПВ уменьшена с 4 до 1,5 см. Это подтверждает, что МУС-ПВ для нагнетания в продуктивные горизонты разрыхляет слой загрязнений. При дальнейшей эксплуатации МУС-ПВ будет обеспечено полное очищение солевых отложений и механических примесей на внутренней поверхности стенок трубопровода.

Рисунок 4 - Трубопровод магнитно-ультразвуковой системы подготовки воды для нагнетания в продуктивные горизонты: 1 - Трубопровод; 2 - Слой загрязнения на внутренней поверхности трубопровода

Даний результат досягнуто Данный результат достигнут за счет использования трансформации совместно резонансного действия внутренней энергии жидкостной среды и внешних механических, ультразвуковых и электромагнитных потоков на связи между частицами воды и загрязняющими ее компонентами. Благодаря совместному резонансному действию внешних и внутренних энергетических источников достигнуты разрыхления и растворение солевых отложений и механических примесей на внутренних стенках трубопровода, рисунок 4.

на Прилукском месторождении НГДУ "Черниговнефтегаз" благодаря магнитной и ультразвуковой обработке, вода получила химико-механические свойства, приведённые в таблице 3.

    1. Магнитно-ультразвуковая система подготовки воды для нагнетания в продуктивные горизонты обеспечивает очищение внутренних поверхностей трубопровода от отложений солевых и механических примесей.

    2. Трансформация совместного использования механических, электромагнитных и акустических потоков энергии до субрезонансных диапазонов обеспечило разрушение старых отложений на внутренних поверхностях трубопровода. После 6 месяцев эксплуатации магнитно-ультразвуковой системы пласт загрязнений на внутренней поверхности трубопроводов уменьшился с 4 см до 1,5 см., это подтверждает, что при постоянной работе, магнитно-ультразвуковая система способна полностью очищать и предотвращать появление отложений на внутренний поверхности трубопровода.

    3. На выходе из магнитно-ультразвуковой системы благодаря ультразвуковой и магнитной обработке воды: щелочность 35 мг/экв/дм³ - уменшилась на 0,5 мг/экв/дм³, жёсткость 1000 мг/экв/дм³ - уменшилась на 500 мг/экв/дм³, сухие остатки 234200 мг/дм³, - уменшились на 49100 мг/дм³ , сульфаты 891 мг/дм³ - уменшились на 530 мг/дм³, наличие ионов Zn 5 мг/дм³ - уменшилось на 1 мг/дм³, наличие ионов Fe2+ 120 мг/дм³, - уменшилось на 10 мг/дм³, количество взвешенных частиц 3770 мг/дм³ , - уменшилось на 1300 мг/дм³ , нафтяные продукты 8 мг/дм³ - уменшились на 10,4 мг/дм³.