CC BY
20
УДК 622.331
Н.С.ГУБАРЬ, студент, 8-904-643-90-55 Санкт-Петербургский государственный горный университет
N.S.GUBAR, student, 8-904-643-90-55 Saint Petersburg State Mining University
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗАБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПАРОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТОВ С ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТЬЮ
Приведена схема экспериментальной установки скважинного электропарогенератора, расчет основных физических и электрических параметров установки, основные формулы и расчет параметров по ним.
Ключевые слова: тяжелая нефть, высоковязкая нефть, термические методы, призабойная зона скважины, электропарогенератор, динамически уравновешенный буровой снаряд.
DETERMINATION BASIC PARAMETERS BACKWALL ELECTRO-PAROGENERATORA FOR THERMAL INFLUENCES ON PRIZABOYNUYU AREA LAYERS WITHVVN
A scheme of the experimental apparatus downhole electro-parogeneratora, the calculation of the basic physical and electrical parameters of the installation, basic formulas and calculation of parameters for them.
Key words: heavy oil, vysokovyazkaya oil, thermal influences, prizaboynuyu area layers mining hole, electro-parogeneratora, dynamically balanced boring shell.
Мировые запасы нефти составляют около 140 млрд т, запасы нефти в нашей стране около 6,6 млрд т, или 5 % от мировых запасов. Объем добычи нефти в России составил в 2008 г. 426 млн т, или 11 % от мирового уровня добычи, из них экспортировано 198 млн т.
Добываемую нефть условно разделяют на легкую (плотность менее 900 кг/м3) и тяжелую высоковязкую (900 кг/м3 и более). Для добычи запасов высоковязких нефтей требуются повышенные затраты финансовых, материальных и трудовых ресурсов, нетрадиционные технологии, специальное несерийное оборудование и дефицитные реагенты и материалы. По экономическим критериям эффективности разработки труд-ноизвлекаемые запасы нефтей занимают промежуточное положение между забалан-
236 _
совыми (нерентабельными при существующих экономических условиях, технике и технологии добычи нефти) и извлекаемыми запасами нефти, разработка которых может быть осуществлена рентабельно в современных условиях. Разведанные запасы такого сырья достигают более 700 млрд т.
Трудноизвлекаемые запасы нефтей играют сдерживающую роль при вводе месторождений в разработку с учетом геологических и технологических причин, а также из-за экономических факторов. Как следствие, объем накопленной добычи за счет активных запасов в 7,1 раза превышает объем добытой нефти из трудноизвлекаемых запасов [2].
Таким образом, основной причиной, ограничивающей рост добычи нефти в России, является не физическое истощение
недр, а значительное усложнение природных условий поисков, разведки и разработки месторождений. Поэтому проблема нефтеотдачи - коренное повышение полноты использования пластовых запасов нефти -еще не решена. Разработкой и внедрением методов повышения нефтеотдачи (МПН) пластов активно занимаются все нефтедобывающие страны, так как увеличение нефтеотдачи на эксплуатируемых месторождениях равносильно открытию новых. Учитывая, что МПН реализуются в регионах с развитой инфраструктурой, эффективность от их внедрения существенно выше по сравнению с поисками и разведкой новых месторождений, особенно в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера.
В нашей стране месторождения нефти высокой вязкости представляют значительный резерв для наращивания объемов добычи. Например, в Республике Коми около 44 % запасов нефти характеризуются плотностью более 0,9 [2].
Указанные обстоятельства определяют актуальность и необходимость проведения крупномасштабных научно-исследовательских и опытно-промысловых работ по поиску и внедрению новых МПН пластов с высоковязкими нефтями. Одним из способов решения проблемы освоения мелких месторождений и месторождений с трудноизвлекаемыми запасами является разработка забойных теплогенераторов. В Санкт-Петербургском горном университете разработаны электротермические комплексы (см.рисунок) мощностью более 1000 кВт для термического воздействия на пласты высоковязких нефтей [1, 3-5]. В состав этих комплексов в качестве органа воздействия на пласт входят скважинный электродный нагреватель (СЭН) или скважинный прямоточный электропарогенератор (ЭПГ) [5].
В качестве примера определения основных параметров принят забойный ЭПГ, входящий в состав электротермического участка для одновременной термообработки шести скважин. Для электроснабжения этого участка использован силовой трансформатор 35/6 кВ мощностью Sи = 16 МВ-А. Мощность каждого ЭПГ принята ^нт = 2 МВт. Коэффициент загрузки трансформатора Кз = 0,75.
Исходные данные для расчета:
• тип погружной кабельной линии -КППБК 3x16;
• напряжение питания ЭПГ - 6 кВ;
• глубина установки ЭПГ - 1100 м;
• наружный диаметр ЭПГ - 127 мм;
• давление нагнетания пара в пласт -12 МПа;
• схема питания - «фаза» - три жилы кабеля параллельно - ЭПГ - НКТ, обсадная труба - нейтраль»;
• мощность продуктивного пласта - 20 м;
• сухость пара на выходе ЭПГ - х = 0,8;
• удельное сопротивление котловой воды при температуре кипения под давлением 12 МПа - р = 500 Ом-см;
• температура воды на входе в ЭПГ в установившемся режиме - t = 50 °С;
• энергия воды на входе в ЭПГ -Жн = 200 кДж/кг;
• энергия воды при температуре кипения ^ = 326 °С и давлении Рпл = 12 МПа -Ж = 1501 кДж/кг;
• энергия парообразования при Р = 12 МПа - Жп =2680 кДж/кг.
Приведем методику расчета параметров электропарогенератора [4]:
1. Ток погружной кабельной линии в номинальном режиме,
/ = Р.
н ин.
2. Доля потребляемой энергии на нагрев воды от температуры на входе в ЭПГ до температуры кипения
Ж
к = —к к Ж
" п
3. Доля энергии, расходуемой на парообразование,
кп =1" кк.
4. Мощность на интервале I нагрева воды до температуры кипения
Р = к Р
1 к н •
5. Мощность на интервале II парообразования
_ 237
6. Часовая производительность ЭПГ
при сухости пара х = 1 и номинальной мощности ЭПГ 2000 кВт
Q = P,
3600
W„ +r
7. Принимая межэлектродное расстояние /э= 100 мм (по рекомендации для промышленных электродов) и мощность на этом участке при температуре кипения 100 °С Р = 90 кВт, площадь электродов
о _7эР Яо
где Яо - сопротивление межэлектродного интервала, Я0 =17% /Рэ
8. Внутренний диаметр ЭПГ определяем по формуле
DB =D-2(51+52).
Для расчета толщина стенки корпуса ЭПГ 5х = 5 мм, толщина керамической изоляции корпуса 5г = 11 мм.
Площадь проточной части ЭПГ
S =
4DBl-d2T)
При расчете использовались следующие размеры: внутренний диаметр токовода б/,= 20 мм, толщина керамической изоляции токовода 5з = 7 мм, диаметр токовода в изоляции б/, = 40 мм.
9. Плотность тока на электродах интервала II
J =
L
R0S3
10. Для получения результата первого приближения среднее удельное сопротивление интервала I рср = 1000 Ом-см, а Л", = 30 см .
Среднее сопротивление межэлектродного промежутка
R = n cPj ^ср ^ '
11. Средняя мощность межэлектродного промежутка на интервале I
и2
P = —
ср.э „ • срТ
12. Число межэлектродных промежутков на интервале I
n =
ср.э
13. Коэффициент сужения сечения k = 1
Q'r
+1
где Q' - объемный расход воды при 12 МПа.
14. Число межэлектродных промежутков на интервале II
n =
ln N Ink
где * = 1 - ^^.
Poк
По результатам расчетов получены следующие основные параметры: !н = 333А; кк = 0,56; kп = 0,44; Рк = 1120 кВт; Рп = 880 кВт; Q = 2,7 м3/ч; ^э = 12,5 см2; Dв = 95 мм; ] = = 1,2 А/см2; ^ = 333 Ом; Рср.э = 108 кВт; щ = = 9,6 шт; к = 0,92; пц = 12 шт; побщ = 22 шт.
Таким образом, по результатам проведенных расчетов получена возможность конструирования забойного электропарогенератора для термического воздействия на призабойную зону пластов с высоковязкой
нефтью с наружным диаметром 127 мм. Общая длина установки по результатам расчетов будет составлять около 4 м.
ЛИТЕРАТУРА
1. Батаев С.Н. Электротехнические комплексы на основе забойных тепло- и парогенераторов для термических воздействий на нефтяные пласты. СПГГИ. СПб, 2005.
2. Добыча тяжелых и высоковязких нефтей / И.М.Аметов, Ю.Н.Байдиков, Л.И.Рузин, Ю.А.Спиридонов. М., 1995.
3. Загривный Э.А. Скважинный электродный парогенератор для термических методов нефтедобычи / Э.А.Загривный, С.Н.Батаев // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. СПб, 2005.
4. Загривный Э.А. Электротермический комплекс на основе скважинного электродного нагревателя мощностью более 500 кВт для теплового воздействия на продуктивный пласт высоковязкой нефти / Э.А.Загривный, А.Е.Козярук, С.Н.Батаев // Электротехника. 2003. № 5.
5. Пат. № 2282018, РФ МПК Е21В36/04. Устройство для тепловой обработки призабойной зоны скважины / В.С.Литвиненко, Э.А.Загривный, А.Е.Козярук, Г.Н.Соловьев. Опубл. 20.08.2006. Бюл. № 23.
REFERENCES
1. Bataev S.N. Electrical engineerings complexes on basis backwall warmly- and parogenerators for thermal influences on oil layers. Saint Petersburg State Mining University, 2005.
2. Ametov I.M, Baydikov U.N., Ruzin L.I, Spiridonov U.A. Booty of heavy and vysokovyazkikh oils. Moscow, 1995.
3. Zagrivniy E.A. Downhole electrode parogenerator for thermal influences oil production / E.A.Zagrivniy, S.N.Bataev // Equipment and technologies for a oilgazes complex. Saint Petersburg, 2005.
4. Zagrivniy E.A. Electro-thermal complex on basis downhole electrode heater by power more 500 kW for thermal influences on productive layer to vysokovyazkoy oil / E.A.Zagrivniy, A.E.Kozyaruk, S.N.Bataev // Electrotechnika. 2003. N 5.
5. Pat. №2282018, RF MPK E21B36/04. Device for thermal treatment of prizaboynoy area of mining hole / V.S.Litvinenko, E.A.Zagrivniy, A.E.Kozyaruk, G.N.Solov'ev. Publ.20.08.2006. Bul. N 23.
Научный руководитель д-р техн. наук, профессор Э.А.Загривный
