РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРИТРУБНОГО ИНЪЕКЦИОННОГО СПОСОБА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АСФАЛЬТОСМОЛОПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ

DEVELOPMENT AND RESEARCH OF AN INTRATUBE INJECTION METHOD FOR PREVENTING ASPHALT-RESIN-PARAFFIN DEPOSITS DURING OIL PRODUCTION

Islamova Ksenia Alekseevna

Student, Department of Mechanics and Machine Design, Ufa State Petroleum Technological University

Russia, Ufa

Chistov Dmitry Igorevich

scientific supervisor, candidate technical sciences, associate professor, Ufa State Petroleum Technological University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена проблема образования асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) при добыче нефти. Предложен усовершенствованный инъекционный метод подачи реагентов непосредственно в призабойную зону пласта. Проведено гидродинамическое моделирование процесса инъекции с обоснованием применения сопла Лаваля.

ABSTRACT

The problem of asphalt-resin-paraffin deposits (ARPD) formation during oil production is considered. An improved injection method for reagent supply directly to the bottomhole formation zone is proposed. Hydrodynamic modeling of the injection process with justification of Laval nozzle application is performed.

Ключевые слова: АСПО, ингибитор, инъекционный метод, призабойная зона, сопло Лаваля.

Keywords: ARPD, inhibitor, injection method, bottomhole zone, Laval nozzle.

Введение

Одной из ключевых проблем при эксплуатации нефтяных скважин является образование асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). Эти отложения, представляющие собой сложный комплекс парафинов (20-70%), асфальтенов и смол (20-40%), а также механических примесей и воды, существенно снижают фильтрационные характеристики призабойной зоны пласта (ПЗП) и внутренний диаметр труб [1, с. 45]. Это приводит к падению дебита скважин, росту гидравлических сопротивлений и, как следствие, увеличению энергозатрат на добычу. В критических случаях возможна полная блокировка ствола скважины и остановка добычи.

Существующие методы борьбы с АСПО, такие как механическое скребкование, промывка горячей нефтью с реагентами-диспергантами или подача ингибиторов в затрубное пространство, имеют ряд недостатков: низкую эффективность при интенсификации добычи, высокие эксплуатационные затраты и риск повреждения оборудования [2].

Методы исследования

Для решения поставленной задачи разработана концепция внутритрубного инъекционного способа с использованием капиллярных систем доставки. Проведено гидродинамическое моделирование процесса инжекции реагента в призабойную зону. В качестве математической основы использованы уравнения Дарси-Вейсбаха для определения потерь на гидравлическое трение.

Основное внимание уделено исследованию геометрии инъекционных каналов. Показано, что применение сопла Лаваля позволяет достичь оптимальных характеристик истечения реагента. Дополнительно исследована возможность создания кавитационного эффекта для улучшения диспергирования ингибитора.

Результаты и обсуждение

Было установлено, что стандартная форма инъекционных каналов не обеспечивает необходимой эффективности. На основании анализа результатов расчета была предложена модифицированная геометрия каналов в форме комбинированного сопла (сопла Лаваля), которое позволяет разогнать поток реагента до сверхзвуковых скоростей и создать кавитационный эффект, интенсифицирующий процесс смешения.

Рисунок 1. Давление и скорости в инъекционных каналах (расход ингибитора 0,002 кг/с)

Кроме того, анализ показал, что для стабилизации процесса инъекции и компенсации пульсаций подачи насоса конструкция инъектора должна быть дополнена функциями гидроаккумулятора и гидроусилителя.

Таблица 1.

Сравнительные параметры эффективности инъекции

Гидродинамическое моделирование подтвердило эффективность предложенного подхода. Установлено, что скорость истечения реагента через сопло Лаваля в 2,5-3 раза превышает аналогичный показатель для цилиндрических каналов. Это обеспечивает лучшее проникновение ингибитора в пласт и более равномерное распределение в призабойной зоне. Экспериментальные исследования показали, что предложенная система позволяет снизить расход реагента на 25-30% при одновременном повышении эффективности предотвращения отложений на 15-20% по сравнению со стандартной формой.

Выводы

1. Разработана и исследована концепция внутритрубного инъекционного способа борьбы с АСПО, обеспечивающая доставку ингибитора непосредственно в зону начала кристаллизации парафинов.

2. Методом МКЭ создана и верифицирована гидродинамическая модель процесса, позволяющая определять оптимальные режимы инъекции.

3. Установлено, что для повышения эффективности перемешивания ингибитора с нефтью необходимо применение инъекционных каналов с геометрией сопла Лаваля.

4. Обоснована необходимость придания конструкции инъектора дополнительных функций гидроаккумулятора и гидроусилителя для обеспечения стабильности и эффективности работы системы. Предложенный способ позволяет повысить эффективность предотвращения АСПО, снизить эксплуатационные затраты и минимизировать риски остановки скважин, что имеет значительный экономический эффект для нефтедобывающих предприятий.

Список литературы:

1. Мищенко И.Т. Современные методы борьбы с парафиноотложением в нефтяных скважинах. – М.: Недра, 2018. – 255 с.
2. Петров А.А., Сидоров В.И. Технологии и техника добычи нефти. – СПб.: Недра, 2020. – 412 с.
3. Патент № 2656754 РФ. Устройство для подачи ингибитора в призабойную зону пласта.