ПРОЦЕССЫ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
ГЛАВА 1 |
|
|
|
77 |
β, % |
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
t, час |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
|
Рис. 1.28. Вытеснение нефти обычной и электрообработанной водой |
|
||||||
Если вязкость воды намного меньше вязкости нефти, то скорость фильтрации вытесняющей жидкости (воды) намного превосходит скорость фильтрации нефти. Это приводит к потере обратной связи между движе- нием двух жидкостей и, как следствие, к неустойчивости границы раздела с образованием так называемых «вязких пальцев». На первый взгляд, дре- вовидная структура вязких пальцев совершенно не упорядочена. Однако анализ экспериментальных структур, полученных в ячейках Хеле–Шоу, показывает, что они имеют фрактальную структуру. Для примера рассмот- рим результаты экспериментов, в ходе которых в радикальной ячейке Хе- ле–Шоу вода вытесняла трансформаторное масло. На рис. 1.29 приведены
фрактальные структуры, образованные вязкими пальцами, при отношениях |
|||
вязкостей масла |
( 2 ) |
и воды |
( 1 ), равных 1 2 = 1 20 (а) и |
1 
2 = 1
10 (б).
а) б)
Рис. 1.29. «Вязкие пальцы» в ячейке Хеле–Шоу
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
78 |
ГЛАВА 1 |
Мерой изрезанности этих структур может служить размерность Ха- усдорфа D , которая позволяет количественно оценить степень неустойчи- вости границы раздела.
Рассмотрим результаты лабораторных исследований по вытеснению нефти водными растворами полиакриламида (ПАА) с концентрация- ми 0,02–0,05% с применением омагниченных растворов ПАА.
Омагничивание растворов ПАА производилось путем прокачки их со скоростью 0,3 м/с через медную трубку, вставленную в зазор сердечни- ка электромагнита напряженностью 40000 А/м.
Как и следовало ожидать, при увеличении концентрации полимера устойчивость вытеснения возрастает (см. рис. 1.30).
Концентрация |
|
|
раствора поли- |
Без обработки |
С магнитной обработкой |
мера |
|
|
0,02%
0,03%
0,04%
0,05%
Рис. 1.30. Влияние магнитного поля на устойчивость вытеснения
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ГЛАВА 1 |
79 |
Магнитная обработка вытесняющего агента делает структуру менее изрезанной, т. е. повышает устойчивость границы раздела. Эти результаты наводят на мысль о том, что применение магнитного поля может позво- лить уменьшить требуемую концентрацию полимера, т. е. может послу- жить основой ресурсосберегающих технологий.
Вкачестве еще одного примера опишем результаты экспериментов по изучению влияния магнитного поля на гидравлические характеристики глинистых растворов.
Входе опытов определялась пропускная способность капилляра при движении по нему 1) глинистого раствора, 2) глинистого раствора с добав- ками поверхностно-активного вещества МЛ-72 и 3) глинистого раствора в постоянном магнитном поле, создаваемом электромагнитом, между полю- сами которого располагался капилляр (изготовленный из немагнитного ма- териала).
На рис. 1.31 приведены зависимости пропускной способности ка-
пилляра |
Q |
от перепада давления на его концах ∆ p (Q – расход глини- |
||||
|
∆ p |
|
|
|
|
|
стого раствора), полученные для этих трех случаев. |
|
|
||||
Q/∆P, 10-5 |
|
|
|
|
|
|
м3/МПа с |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
- глинистый раствор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
- глинистый раствор с добавками ПАВ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- магнитообработанный глинистый |
||
10 |
|
|
|
раствор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
∆P, МПа |
Рис. 1.31. Зависимость пропускной способности капилляра от перепада давления
Как видим, магнитное поле увеличивает пропускную способность капилляра. Можно предположить, что это влияние обусловлено воздейст- вием магнитного поля на электрические заряды, возникающие у стенок ка-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
80 |
ГЛАВА 1 |
пилляра при движении глинистого раствора. Косвенным подтверждением этого является то, что потенциал течения, измеряемый в ходе эксперимен- тов, в присутствии магнитного поля оказывается значительно ниже. (Отме- тим, что добавка ПАВ также уменьшает величину потенциала течения.)
1.5.2. Магнитные поля в борьбе с осложнениями
С помощью магнитных полей можно оказывать влияние на выпаде- ние солей. В ходе одного из экспериментов растворы солей, соответст- вующие по составу пробам пластовых вод НГДУ «Правдинскнефть» ОАО «Юганскнефтегаз», обрабатывались магнитным полем, после чего изучалась динамика выпадения карбоната кальция при различных темпе- ратурах термостатирования. Установлено (см. рис. 1.32), что обработка магнитным полем в 1,5 раза увеличивает скорость солеобразования.
На рис. 1.33 представлена зависимость количества выпавшей соли от напряженности магнитного поля. Как видим, с ростом напряженности маг- нитного поля до 30 кА/м количество выпавшей соли достаточно сильно растет, а дальнейшее увеличение напряженности вызывает лишь незначи- тельный рост солеобразования.
Выпадение CaCO3, %
50
45
40
35
30
15
2
1
30 |
60 |
120 |
Время термостатирования, мин
Рис. 1.32. Динамика выпадения карбоната кальция
1 – без магнитной обработки раствора;
2 – с магнитной обработкой
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ГЛАВА 1 |
81 |
Таким образом, с помощью установок, создающих магнитное поле, можно управлять процессами солеотложения. Например, вызвав интенсив- ное солеотложение с помощью магнита и отфильтровав выпавшие кри- сталлы соли, можно затем транспортировать продукцию скважин без риска отложения соли на рабочих поверхностях оборудования.
В качестве еще одного примера укажем на опыт установки постоян- ных магнитов в скважинах, подверженных интенсивному парафиноотло- жению. В итоге удалось снизить число ремонтов скважинного оборудова- ния более чем в 7 раз и полностью отказаться от химических способов борьбы с асфальтопарафинистыми отложениями.
Весьма эффективным оказалось применение магнитного поля при борьбе с гидратообразованием. Известно, что в процессе разработки неф- тяных месторождений с применением газлифтного способа эксплуатации скважин, а также при эксплуатации газоконденсатных скважин одной из основных проблем является гидратообразование.
, % |
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
CaCO |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Выпадение |
55 |
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
15 |
30 |
60 |
120 |
|
|
|
Напряженность магнитного поля, кА/м |
|
Рис. 1.33. Зависимость количества выпавшей соли от напряженности магнитного поля
В настоящее время одним из основных методов борьбы против обра- зования гидратов является добавление различных химических реагентов (чаще всего метанола). Это связано с большими затратами и отрицательно влияет на окружающую среду. Лабораторные исследования, проведенные на кафедре «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» Азер- байджанской нефтяной академии, показали, что образование газогидратов
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
82 |
ГЛАВА 1 |
может быть предотвращено путем обработки потока газа постоянным маг- нитным полем. Промысловые эксперименты, проведенные на газлифтных скважинах месторождения «Бахар» НГДУ «Гум адасы», подтвердили эту возможность, позволив долгое время эксплуатировать скважины без ис- пользования метанола.
Ряд других примеров ресурсосберегающих технологий нефтегазодо- бычи, основанных на применении малых физических полей, приведен в работе [55].
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Библиографический список к главе 1
1.Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. –
М.: Мир, 1979. – 348 с.
2.Хаген Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980. – 300 с.
3.Синергетика: Сб. статей / Под ред. Б.Б. Кадомцева. – М.: Мир, 1984. – 248 с.
4.Рабинович М. И., Трубецков Д. И. Введение в теорию колебаний и волн. – М.: Наука, 1984. – 432 с.
5.Лоскутов А. Ю., Михайлов А. С. Введение в синергетику. – М.: Наука, 1990. – 272 с.
6.Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. – М.: ИКИ, 2002. – 654 с.
7.Соколов И. М. Размерности и другие геометрические показатели в тео-
рии протекания // УФН. – 1986. – Т. 150, № 2. – С. 221–225.
8.Фракталы в физике / Под ред. Л. Пьетронеро, Э. Тозатти. – М.: Мир, 1988. – 672 с.
9.Федер Е. Фракталы. – М.: Мир, 1991. – 254 с.
10.Секей Г. Парадоксы в теории вероятностей и математической статисти-
ке. – М.: Мир, 1990. – 240 с.
11.Тарасенко В. В. Фрактальная логика. – М.: Прогресс-Традиция, 2002. – 160 с.
12.Хофштадтер Д. Гегель, Эшер, Бах: эта бесконечная гирлянда. – Сама- ра: Бахрах-М., 2001.
13.Чайковский Ю. В. Излом творения // Химия и жизнь. – 1993. – № 7. –
С. 18–22.
14.Кальоти Дж. От восприятия к мысли. – М.: Мир, 1998. – 221 с.
15.Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. – М.: Мир, 1990. – 342 с.
16.Khahar D. V., Rising H., Ottino J. M. Analyses of chaotic mixing in two
model systems // J. of Fluid Mechanics. – 1986. – V. 172, № 11. –
P.419–451.
17.Оттино Дж. М. Перемешивание жидкостей // В мире науки. – 1989. –
№3. – С. 34–44.
18.Голдбергер Э. Л., Ригми Д. Р., Уэст Б. Дж. Хаос и фракталы в физиоло-
гии человека // В мире науки. – 1990. – № 4. – С. 25–32.
19.Дьедни А. К. О разуме, машинах и метафизике // В мире науки. – 1990. –
№2. – С. 82–86.
20.Неймарк Ю. И., Ланда П. С. Стохастические и хаотические колебания. – М.: Наука, 1987. – 562 с.
21.Шустер Г. Детерминированный хаос. – М.: Мир, 1990. – 312 с.
22.Уокер Дж. Физический фейерверк. – М.: Мир, 1989. – 298 с.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Библиографический список к главе 1 |
83 |
23.Zak M. Two types of chaos in non-linear mechanics // Int. J. Non-Linear Mechanics. – 1985. – V. 20, № 4. – P. 297–308.
24.Фейгенбаум М. Универсальность в поведении нелинейных систем //
УФН. – 1983. – Т. 141. № 2. – С. 343–374.
25.Хакен Г. Принципы работы головного мозга: синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности. – М.: ПЕР СЭ, 2001. – 351 с.
26.Соснин Э. А., Пойзнер Б. Н. Лазерная модель творчества (от теории до- минанты к синергетике). – Томск: ТГУ, 1997. – 148 с.
27.Дойч Д. Структура реальности. – Ижевск: НИЦ «РХД», 2001. – 400 с.
28.Красота и мозг. Биологические аспекты эстетики. – М.: Мир, 1995.
29.Кэмпбелл Д. Дж. Эффект Моцарта. – Минск: ООО «Попурри», 1999. – 320 с.
30.Пределы предсказуемости: Сб. статей / Ред. Ю. Кравцов. – М.: Центр-
ком, 1997.
31.Малинецкий Г. Г., Потапов А. Б. Современные проблемы нелинейной динамики. – М.: УРСС, 2002. – 300 с.
32.Доброчеев О. Не многополюсный, а ячеистый // Независимая газета, 16.05.2001, С. 16.
33.Шупер В. Пружина территориального развития // Знание – сила, 2000,
№ 3. – С. 46–52.
34.Капица С. П. Сколько людей жило, живет и будет жить на Земле. Очерк теории роста человечества. – М.: Международная программа образова-
ния, 1999. – 240 с.
35.Мирзаджанзаде А. Х., Султанов Ч. А. Диакоптика процессов нефтеот- дачи пластов. – Баку: Изд-во «Азербайджан», 1995. – 366 с.
36.Мирзаджанзаде А. Х., Аметов И. М., Ентов В. М., Рыжик В. М. Под-
земная гидродинамика: задачи и возможности // Нефтяное хозяйство, 1987, № 2. – С. 30–33.
37.Иоффе О. П., Лысенко В. Д. Выступления на научно-практической конференции / В кн. Проектирование и разработка нефтяных месторо- ждений (материалы научно-практической конференции в г. Москве,
ЦКР, 6–8 апреля 1999 г.). – М.: ВНИИОЭНГ, 1999. – С. 389–391.
38.Баранцев Р. Г. Что же такое асимптотические методы? / В кн. Андриа- нов И. В., Маневич Л. И. Асимптотология: идеи, методы, результаты. –
М.: Аслан, 1994. – 159 с.
39.Ишемгужин Е. И. Нелинейные колебания элементов буровых машин. – Уфа: Изд-во УНИ, 1988. – 65 с.
40.Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры примене-
ния // УФН, 1996. Т. 166, № 11. – С. 1145–1170.
41.Левкович-Маслюк Л. Дайджест вейвлет-анализа в двух формулах и 22 рисунках // «Компьютерра» 1998, № 8.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
84 |
Библиографический список к главе 1 |
42.Lori M. Bruce, Jiang Li, Mathew Burns, Wavelets: Seeing the Forest and the Trees / http://www.ee.unlv.edu/~bruce/dipg/wavelets.html.
43.Огибалов М. П., Мирзаджанзаде А. Х., Механика физических процес-
сов. – М., Изд-во Моск. Ун-та – 370 с.
44.Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. –
М.: Наука, 1974. – 224 с.
45.Кадомцев Б. Б. Динамика и информация. – М.: Наука, 1997.
46.Горский Ф. К., Михлин М. Е. Влияние магнитного поля на кристаллиза- цию перенасыщенных растворов. В сб. «Кристаллизация и фазовые пе-
реходы». – Минск, 1962. – С. 400–403.
47.Шибков А. А., Желтов М. А., Королев А. А. Собственное электромаг-
нитное излучение растущего льда // Природа, 200, № 9.
48.Дерягин Б. В., Ландау Л. Д. // ЖЭТФ, 1941 – С. 802.
49.Кройт Г. Р. Наука о коллоидах. – М.: ИЛ, 1955. – 538 с.
50.Шилов В. Н., Эстела-Льюпис В. Р. Поверхностные силы в тонких плен- ках и дисперсных системах. – М.: Наука, 1972. – С. 115–132.
51.Сургучев М. Л., Желтов Ю. В., Симкин Э. М. Физико-химические мик-
ропроцессы в нефтегазоносных пластах. – М.: Недра, 1984. – 215 с.
52.Давидзон М. И. О действии магнитного поля на слабопроводящие вод- ные системы // Изв. ВУЗов. Физика, 1985, № 4.
53.Салаватов Т. Ш., Гезалов Х. Б., Керимов М. К. Исследование методом ЭПР механизма барообработки неньютоновских нефтей // ДАН Азерб.
ССР, 1981, Т. 37, № 2. – С. 56–59.
54.Мамед-Заде А. М., Салаватов Т. Ш., Эйдельман Л. Р. Влияние обрабо-
танной магнитным полем воды на фильтрационные характеристики по- ристых сред, содержащих глину // Азерб. нефт. хоз-во, 1984, № 9. –
С. 19–22.
55.Мирзаджанзаде А. Х., Алиев Н. А. и др. Фрагменты разработки морских нефтегазовых месторождений. – Баку: Елм, 1997. – 408 с.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Глава 2 ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Правильная постановка вопроса свидетельствует о некотором знакомстве с предметом.
Ф. Бекон
К прямым задачам математической физики относят задачи нахожде- ния следствий заданных причин (например, определение полей при задан- ных источниках).
Обратными задачами в этом понимании являются задачи отыскания неизвестных причин заданных следствий. (Например, определение харак- теристик источников поля по значениям поля, измеренным в некоторых областях пространства.)
Обратные задачи имеют исключительно важное значение при реше- нии вопросов моделирования, контроля и управления технологическими процессами в сложных системах. В частности, это относится к процессам нефтегазодобычи, связанным с фильтрацией и движением по трубам структурированных многокомпонентных многофазных жидкостей, обла- дающих сложными реологическими свойствами (нефтей с парафинистыми и асфальтено-смолистыми включениями, нефтеводогазовых смесей, буро- вых растворов полимеров и поверхностно-активных веществ и т. д.).
Часто описание сложных систем затрудняется отсутствием теорети- ческих предпосылок, которые позволили бы построить обоснованную ап- риорную модель рассматриваемого процесса, т. е. выписать в явном виде систему моделирующих уравнений, задать значения параметров в этой системе и указать начальные и граничные условия. В таких случаях поста- новка и решение обратных задач позволяет путем анализа эксперимен- тальной информации выбрать адекватную модель, оценить ее параметры и определить, если это необходимо, недостающие начальные и граничные условия.
Процедуры подобного рода называются идентификацией математи- ческой модели процесса, а полученные таким образом модели называются
идентификационными.
В отдельных случаях структура модели может быть определена за- ранее (например, выведена обычным путем из законов сохранения), и речь идет только об оценке неизвестных параметров (задача идентификации в узком смысле слова).
Наряду с повышением надежности расчетов, результаты решения обратных задач могут быть использованы в диагностических целях (на- пример, для оценки эффективности воздействия на объекты управления).