Использование свойств тока при добыче нефти

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное Государственное  Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования

Уфимский Государственный  Нефтяной Технический Университет

 

Кафедра "Электротехника и электрооборудование предприятий"

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Использование свойств тока при добыче нефти».

 

 

 

 

 

 

Выполнил студ. Гр. БАЭ-11-02 Александров Г. Г.

Проверил Хлюпин П. А.

 

Уфа 2011 

Содержание

Словарь терминов 3

Введение 4

1.1 Электрический ток в нефтеразведке 5

2.1 Магнитная обработка водогазонефтяных смесей или воды. 8

2.2 Эмульсеобразование 9

2.3 Аппараты для магнитной обработки жидкостей 11

3.1 Индукционный нагрев 17

3.2 Индукционный нагрев трубопроводов 18

Заключение 21

Список использованной литературы 22

 

Словарь терминов

Electric current – электрический ток.

The electric field – электрическое поле.

Capacity – напряжение.

Electrical resistance – электрическое сопротивление.

Induction heating – индукционный нагрев.

Electromagnetic induction – электромагнитная индукция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел.

Свойства электрического тока:

1) При прохождении тока  по проводнику, последний нагревается.

2) Электрический ток может  изменить химический состав проводника.

3) Ток оказывает магнитное  действие.

При разведке полезных ископаемых (в том числе нефти) используются электрические методы разведки, основанные на изучении электромагнитных полей  искусственного или естественного  происхождения на поверхности или  в скважинах.

На нефтепромыслах в последние  годы находят применение технологии, включающие магнитную обработку  добываемых или закачиваемых в пласт  водогазонефтяных смесей или воды. Промысловые жидкости обрабатывают постоянным и переменным магнитным  полем для воздействия на физико-механические свойства жидкостей с целью снижения коррозионной активности перекачиваемой среды, предотвращения отложения солей и парафинов, разрушения водонефтяных эмульсий. Для каждых конкретных условий оптимальными являются определенные параметры магнитного поля (напряжённость, амплитудно-частотная характеристика, форма сигнала).

На нефтепромыслах также  используется индукционный нагрев – метод бесконтактного нагрева электропроводящих материалов. Он используется при транспортировке нефти по трубопроводу.

 

1.1 Электрический ток в нефтеразведке

Электрические методы разведки исследуют недра путем изучения на поверхности или в скважинах  электромагнитных полей искусственного или естественного происхождения. Не вдаваясь в подробности, следует  рассказать о сущности одного из наиболее часто употребляемых методов  электроразведки. Эта так называемый метод сопротивлений.

Породы отличаются одна от другой своей способностью проводить  электрический ток. Зная заранее  величину сопротивления у различных  пород, можно по характеру распределения  электрического поля определить условия  залегания этих пород. Можно определить, какие породы подходят ближе к  поверхности земли, где они погружаются  и где место их наибольшего  подъема. При исследованиях методом сопротивлений в поверхностных слоях земли создают искусственно электрическое поле.

От источника тока с  помощью двух электродов в землю  вводится электрический ток. С помощью двух других электродов изучается распределение искусственно созданного электрического поля. На основании полученных данных определяют, с какими породами имеют дело, и устанавливают условия их залегания.

Метод электросопротивлений у нас раньше всего начал применяться  на Северном Кавказе для выявления  новых структурных поднятий. В  Грозненском районе, пользуясь этим методом, были прослежены области глубокого  прогибания, разделяющие передовые антиклинальные зоны Кавказского хребта друг от друга.

Этим методом в районах  «Второго Баку» были обнаружены многочисленные антиклинальные поднятия в пологозалегающих толщах пород. В Бугурусланском районе, в Заволжье, этот метод в сочетании с геологической съемкой позволил составить геолого-структурную карту всего района. На карте были выделены крупные структурные зоны и отдельные поднятия.

Особенно больших успехов достигли электрические методы в исследовании буровых скважин. Чем больше приходится брать образцов пород — керна из скважины, тем медленнее происходит бурение и тем дороже оно обходится. Для изучения разреза скважины в середине 20-х годов было предложено применить электрические методы, получившие наименование электрокароттажа. Применение электрокароттажа развилось быстрее всего в РФ. В скважинах, бурившихся в Грозном и Баку, удалось благодаря кароттажу значительно сократить отбор керна. Это дало возможность начиная с 1927—1929 годов во много раз увеличить скорость бурения.

Изучение разрезов скважины при помощи электрокароттажа производится созданием в скважине искусственного электромагнитного поля. Для этого на проводе опускают один электрод в скважину, а другой заземляют на поверхности около устья скважины. Двумя приемными электродами измеряют разность потенциалов по стволу скважины. На основании этого получают представление о сопротивлении пород, встреченных скважиной. Специальный прибор автоматически рисует на бумаге кривую — диаграмму кажущегося сопротивления пород. В случае необходимости по этой диаграмме можно высчитать и истинное электрическое сопротивление пород, вскрытых скважиной. Такие породы, как известняки и насыщенные нефтью пески или песчаники, имеют большое кажущееся сопротивление. Глины и водоносные пески или песчаники обладают значительно меньшим кажущимся сопротивлением.

В момент замеров скважина заполнена глинистым раствором. Чаще всего вода глинистого раствора соленая. Породы, вскрытые скважиной, также  содержат соленую минерализованную воду. Между стволом скважины и  породами устанавливается обмен  жидкостями разной солености. Иногда движение направлено от скважины к породам, иногда, наоборот, от породы в скважину. При  движении соленой, минерализованной воды через пористую среду происходит поляризация. Возникает естественная электродвижущая сила. Чем более проницаема среда, тем быстрее происходит перемещение жидкости и тем больше возникшая разность естественных потенциалов. На диаграмме против таких пород, как хорошо проницаемые пески, видно, что замеренная естественная разность потенциалов велика. Против глин и плотных известняков она очень мала.

Специальными приборами  производятся измерение и автоматическая запись величины естественных потенциалов. Таким образом, на бумаге получаются сразу две кривые:

1) кривая кажущегося сопротивления;

2) кривая естественных  потенциалов.

На некоторой глубине  в глинах залегает прослой известняка. Известняк плотный обладает большим электросопротивлением и плохой проницаемостью. Кривая кажущегося сопротивления делает против известняка резкий скачок, в то время как кривая естественных потенциалов остается без изменений. Ниже залегает слой хорошо проницаемого песка, насыщенного нефтью. Обе кривые дают резкое отклонение против такого слоя. Еще ниже после глинистого промежутка вновь встречается хорошо проницаемый песок, насыщенный на этот раз соленой водой. Такой слой резко отражается на кривой естественных потенциалов и очень слабо на кривой кажущегося сопротивления. На основании кривых электрокароттажа, сопоставляя их с разрезами, изученными по кернам, легко описать разрез прокароттированных скважин. Без предварительного изучения разреза пород хотя бы одной скважины электрокароттаж не приносит пользы, так как многие совершенно различные по составу породы обладают близкой электрической характеристикой.

Советские электроразведчики сконструировали многочисленные приборы, позволяющие производить всевозможные замеры и исследования в скважинах. При помощи прибора, называемого инклинометром, определяют направление и угол искривления скважины. Электротермометром замеряют температуру в скважинах и определяют место притока жидкости или газа. В настоящее время на всех промыслах и разведках работают автоматические электрокароттажные станции, смонтированные на машинах [1].

 

2.1 Магнитная обработка водогазонефтяных смесей или воды

Подъем скважинной жидкости, представляющей собой  водогазонефтяную эмульсию, от продуктивного пласта к устью, связан с изменением давления, температуры, скорости движения потока. Водогазонефтяная смесь - сложный конгломерат, эмульгированный турбулизацией потока в колонне НКТ, и включающий растворы тяжелых непредельных и гетероорганических соединений в нефти и сжатом газе, минеральных солей в воде, а также механических примесей. Качественная оценка процессов, происходящих в скважине, свидетельствует о главенствующей роли скорости движения потока. При малых скоростях происходит образование АСПО и солеотложений, при высоких скоростях - образование эмульсий и повышение вязкости продукции. Образование отложений на стенках НКТ. В случае, если растворы насыщены, снижение температуры и (или) давления приводит к выпадению твердой фазы АСП из нефти и кристаллов солей из воды. Процесс образования отложений имеет адсорбционный механизм: сольватированные молекулы смол и асфальтенов полярны, гидратированные ионы минеральных солей имеют электрический заряд и уже при слабом взаимодействии с энергетически неоднородной поверхностью металла НКТ и малых скоростях потока выходят из раствора и адсорбируются на стенках труб. Образованные мономолекулярные слои АСП или неорганических солей за счет перераспределения зарядов между отложениями и основной поверхностью металла вновь приобретают способность адсорбировать на себе молекулы АСП и неорганических солей. При однородности состава потока во времени, адсорбционные процессы происходят постоянно, а узкие пределы изменения давления и температуры, при которых происходит выпадение твердой фазы, приводят к лавинообразной адсорбции одного из компонентов растворов в определенном интервале скважины, что может привести к полному перекрыванию сечения НКТ.

Солеотложение в нефтедобыче  происходит при любых способах эксплуатации скважин, однако наиболее негативные последствия  имеют место при добыче нефти  с помощью штанговых глубинных  насосов (ШГН) и установок электропогружных центробежных насосов (ЭЦН). Наличие неорганических солей на поверхности рабочих органов насосов повышает их износ, приводит к заклиниванию и разрушению вала ЭЦН и штанг ШГН.

2.2 Эмульсеобразование

Высокие скорости движения водогазонефтяной смеси препятствуют адсорбции на стенках труб и начинается выпадение твердой фазы непосредственно  в растворе, как правило, в зонах  раздела фаз "нефть - газ - вода", что, в свою очередь, приводит к образованию  структурно-механического слоя эмульгаторов (асфальтенов, смол, парафинов и механических примесей) на границе глобул, а также к образованию двойного электрического слоя в присутствии ионизированных электролитов. Турбулизация потока в колонне и перемешивание в насосе приводит к образованию стойких эмульсий, увеличению ее дисперсности. Образование стойких эмульсий снижает межремонтный период работы скважин из-за обрывов штанг в ШСНУ, пробоев электрической части УЭЦН вследствие перегрузок погружного электродвигателя. Рост давления жидкости в системах сбора нефти и газа влечет за собой порывы коллекторов. Затрудняются сепарация газа и предварительный сброс воды на УПС. Однако наибольший рост энерго- и металлоемкости, связанный с необходимостью разрушения стойких эмульсий, имеет место в системах подготовки нефти.

Магнитную обработку добываемой продукции следует отнести к  наиболее перспективному из физических методов борьбы с перечисленными осложнениями. Использование магнитных устройств, в частности для предотвращения АСПО, началось достаточно давно, но из-за малой эффективности широкого распространения не получило. Отсутствовали магниты, долго и стабильно работающие в условиях скважины. В последнее время интерес к магнитным технологиям значительно возрос. В России более 30 организаций предлагают различные аппараты магнитной обработки жидкостей,  в том числе скважинной продукции. Это связано с появлением на рынке широкого ассортимента высокоэнергетических магнитов на основе редкоземельных металлов.

Принципы воздействия  магнитного поля на водные системы  заложены рядом исследователей и в общих чертах заключается в следующем [2,3,4]. Транспортировка по трубопроводам водных сред, содержащих в своем составе растворенные соли, представляет собой перенос электрических зарядов - ионов гидратированных солей. Известно, что на движущиеся в магнитном поле заряженные частицы действует сила Лоренца, направленная перпендикулярно вектору движения частиц. При движении ионов по трубе происходит смещение положительных и отрицательных ионов в противоположные стороны. Известно также, что под действием магнитных полей на движущиеся жидкости происходит разрушение агрегатов, находящихся в нефтяной и водной фазах в  количестве 10-100 г/т и состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа. В каждом агрегате содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч микрочастиц. Разрушение агрегатов приводит к резкому (в 100-1000 раз) увеличению концентрации центров кристаллизации парафинов и солей и формированию на поверхности ферромагнитных частиц пузырьков газа микронных размеров. Таким образом, в магнитном поле инициируется выпадение твердой фазы в объеме жидкости и предотвращается адсорбция частиц при малых скоростях потоков и образование структурно-механических слоев в эмульсии при более высоких скоростях.