Способ ионно-плазменного импульсного воздействия на малообводнённую нефть и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2751024:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Грозненский государственный нефтяной технический университет имени акад. М.Д. Миллионщикова" (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к способам интенсификации добычи вязкой нефти. Техническим результатом является повышение нефтеотдачи скважин за счет разложения пластовых вод, остаточной нефти, нефтебитумов, минеральных сгустков и за счет депрессионно-репрессионного режима воздействия ударной волны на стенки НКТ и на пласт. В частности, предложен способ ионно-плазменного импульсного воздействия на малообводненную нефть, включающий процессы закачивания в нее токопроводящей жидкости и пропускания через погруженные в нее электроды, подключенные к источникам постоянного электрического тока и электроимпульсного сигнала, и создания в разрядной камере между электродами электролизных процессов и электрических разрядов через закачиваемую жидкость для обеспечения режима электрохимических и ионно-плазменных процессов в ней. При этом в качестве токопроводящей жидкости используют электролит-окислитель в виде суспензии или геля, в том числе газонаполненный, который через капиллярный канал, выполняющий роль проводника тока и размещаемый в соединяющем электроды и источник сигнала кабеле, закачивают непосредственно в разрядную камеру, образованную полостью между внешним трубчатым электродом и внутренним трубчатым электродом коаксиальной разрядной головки, через канал в её внутреннем электроде. Указанный электролит-окислитель вступает в экзотермическую химическую реакцию с продуктами высокотемпературного крекинга и электрокрекинга нефти, образующимися в результате ионно-плазменных процессов в разрядной камере под воздействием электроимпульсных сигналов. При этом постоянный электрический ток дополнительно используют для гальванического переноса вещества с внешнего электрода на внутренний электрод. Предложено также устройство для осуществления указанного способа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к способам интенсификации добычи вязкой нефти.
Известен способ получения из нефти ее легких фракций с помощью высокотемпературного крекинга под высоким давлением, а также последующего пиролитического расщепления полученных фракций под действием электрических разрядов - электрокрекинга (Смидович Е.В., в кн.: Технология переработки нефти и газа, 3-е изд., ч. 2, М., 1980).
Известен также способ, являющийся наиболее близким аналогом заявленного (патент РФ 2213860, МПК Е21В 43/25, 2003 г.), ионно-плазменного воздействия на нефтяной пласт на уровне перфорации скважины, в котором пропускают постоянный электрический ток напряжением 90-300 В, плотностью 0,1-1 А/см2 через закачиваемую в скважину минерализованную воду плотностью не менее 1,12 г/см3. На пласт периодически через каждые 25-30 мин осуществляют импульсное воздействие электрическими разрядами в виде 3-5 следующих друг за другом импульсных разрядов, формируемыми в разрядной камере ионно-плазменного генератора из электрода-анода и электрода-катода для обеспечения репрессионно-депрессионного режима. Длительность каждого разряда до 100 мкс. Энергия - больше 100 Дж. Скважность - не более 5. Импульсное воздействие осуществляют без прерывания ионно-плазменного процесса при непрерывной промывке скважины минерализованной водой. После завершения импульсного воздействия открывают затрубное пространство и за счет прокачки минерализованной воды из забойной зоны скважины удаляют продукты разложения и расплавления. Интенсифицируется добыча нефти за счет дополнительного воздействия на призабойную зону пласта импульсными электрическими разрядами.
Недостатком данного способа является возможность обработки только призабойной зоны и только с прерыванием процесса добычи нефти, необходимость закачивания в скважину больших объемов минерализованной воды и ее последующей прокачки для удаления продуктов разложения, необходимость размещения оборудования в призабойной зоне.
Известна конструкция высоковольтного коаксиального разрядника, описанного в монографии «Электрические разряды в воде» К.А. Наугольных, Н.А. Рой. Изд-во «Наука», 1971 г., стр. 27. Его коаксиальные электроды, вмонтированные один в другой, разделены изолирующей втулкой, причем центральный электрод выступает из изолирующей втулки, а втулка выступает из внешнего электрода. Возникновение разрядов происходит между кромками на торцах электродов. Такая конструкция разрядника не обеспечивает инициацию пробоя малообводненной или вязкой нефти.
Технический результат заключается в том, что предложенный способ позволяет производить воздействие на малообводненную нефть без необходимости прерывания процесса добычи и без необходимости заполнения нефтяной скважины минерализованной жидкостью, при этом обеспечивается гарантированное соблюдение параметров электролизных и разрядных процессов, не зависящих от состава нефти и ее электрофизических свойств, и возможность использования импульсных сигналов относительно невысокого напряжения - до 10 кВ.
Также данным способом обеспечивается протекание экзотермических реакций окисления продуктов высокотемпературного и электрокрекинга, образующихся за счет теплового и электроразрядного воздействия на нефть, а также снижение износа разрядных электродов и межэлектродного изолятора под воздействием разрядов высокой мощности, вызывающих электроэрозионные процессы. В свою очередь обработка возможна как на всем протяжении насосно-компрессорной трубы (НКТ), так и в межтрубном пространстве и призабойной зоне.
Технический результат достигается тем, что в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ электролизного и электроразрядного воздействия на нефтяную среду с высокими электроизоляционными свойствами с помощью коаксиальной электроразрядной камеры малого объема, образованной полостью между внешним трубчатым электродом и внутренним трубчатым электродом коаксиальной разрядной головки, и в которую для инициации электрических и разрядных процессов в межэлектродной области по кабельному капилляру через сопло в центральном электроде нагнетается электролит в виде суспензии или геля, чем обеспечивается электропроводность среды в ней, определяемая характеристиками электролита в его смеси с нефтью.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения в состав электролита вводят окислитель в одном из агрегатных состояний вещества, который вступает в реакцию окисления с продуктами высокотемпературного крекинга нефти и следующего за ним электрокрекинга его продуктов в более легкие.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения в промежутках времени между импульсным воздействием обеспечивают гальванический перенос металла с внешнего, более массивного электрода, на внутренний, менее массивный, образуя на его контактной поверхности слой вещества в известном количестве, компенсирующем его расход в результате электроэрозионных процессов в результате электроразрядов большой мощности, обеспечивая тем самым равномерность расходования электродов.
Для достижения указанных технических результатов в соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения коаксиальную электроразрядную камеру выполняют в виде кабельного наконечника с диаметральными размерами, сопоставимыми с диаметром самого кабеля, чем обеспечивают возможность опускать их в НКТ или межтрубное пространство через специальные штатные приспособления.
Сущность заявляемого способа ионно-плазменного импульсного воздействия на малообводненную нефть демонстрируется чертежами (фиг. 1-4).
На фиг. 1 показан возможный вариант исполнения коаксиального кабельного наконечника, присоединенного к грузонесущему кабелю для введения его в пространство насосно-компрессорной трубы (НКТ) или в межтрубное пространство и призабойную зону. Элементы соединения могут иметь различное исполнение, наиболее соответствующее выбранному типу кабеля.
К грузонесущему коаксиальному или геофизическому кабелю 6, имеющему в своем составе выполненный в центральной токоведущей жиле 10 капиллярный канал 9 для подачи электролита или электролита-окислителя, в качестве которого может выступать растворы солей в воде, с помощью кабельного соединителя 5 присоединяется коаксиальный кабельный наконечник 2, имеющий внутренний тугоплавкий, например гафниевый, центральный электрод 4 с выходным отверстием 8 подачи электролита, и внешний трубчатый электрод 2, роль которого выполняет металлический корпус наконечника. Электроды разделены между собой термостойким изоляционным материалом 3, например керамикой. Центральный электрод 4 должен иметь выступающий за изолятор 3 наконечник центрального электрода 7, через который и происходит разряд. При воздействии на малообводненную нефть сигналов с амплитудой напряжения менее 10 кВ, приложенного к электродам 2 и 4, не хватает для возникновения электролизных и разрядных процессов вследствие высокой электроизоляционной способности такой нефти, в связи с чем камеру 1 заполняют веществом, обладающим требуемой электропроводностью, нагнетая его по капиллярному каналу 9 в кабеле 6 через выходное отверстие 8 в наконечнике 7 центрального электрода 4.
На фиг. 2 показан наконечник, погруженный в нефть 16 в трубе НКТ 14, с разрядной камерой, заполненной электролитом 15, способным удерживаться внутри камеры 1 за счет сил поверхностного натяжения, действующих относительно силы выдавливания электролита и образуя вогнутый мениск поверхности на торцах камеры 1. В таком состоянии через электролит 15 между наконечником 7 центрального электрода 4 и внешним электродом 2 протекает постоянный ток, поступающий по токоведущим жилам 10 и 12 кабеля 6, вызывающий электролизные и гальванические процессы, в результате которых обеспечивается перенос материала с поверхности внешнего электрода 2 на поверхность наконечника 7 центрального электрода 4 и выделение газообразных водорода и кислорода.
На фиг. 3 показан возбужденный наконечник, когда подготовлены условия для возникновения электрического пробоя в образовавшейся в результате электролизных процессов в камере 1 парофазовой оболочки 17. Для инициирования пробоя на постоянный ток, протекающий между центральным 4 и внешним 2 электродами, накладывается последовательность импульсов переменного тока звуковой частоты с амплитудой напряжения 4-10 кВ.
На фиг. 4 показан процесс возникновения разряда 19 в парогазовой оболочке 17, происходящего между центральным электродом 4 и внешним электродом 2 при воздействии высоковольтных импульсов. При этом амплитуда разрядного тока находится в пределах 100-500 А, обеспечивая мгновенную мощность 0,4-5 МВт. Разрядный процесс сопровождается скачкообразным ростом давления и температуры в полости разрядной камеры 1, происходит интенсивный выброс из нее продуктов взаимодействия и очищение. Известно, что высокие температуры в разрядном промежутке инициируют высокотемпературный крекинг нефти с выделением легких горючих фракций, а одновременное воздействие импульсами высокого напряжения сопровождается электрокрекингом, в результате которых выделяются легкие фракции углеводородов, которые в свою очередь вступают в химическую реакцию с окислителем, поступающим в составе электролита, и с кислородом, выделяющимся в результате электролизных процессов. В результате окислительных реакций происходит выделение известного количества тепла. Частота повторения разрядных процессов зависит от параметров электрического воздействия и конкретных условий образования парогазовой фракции.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Предложен коаксиальный разрядный наконечник, присоединяемый к кабелю, содержащему в своем составе капилляр для подачи электролита-окислителя. Наконечник содержит центральный трубчатый электрод 4, соединяемый с капилляром, и внешний трубчатый электрод 2, электрически изолированные друг от друга втулкой 3. На конце наконечника расположена кольцеобразная разрядная полость 1, образованная за счет того, что внешний электрод 2 выступает за торец изолирующей втулки 3 на расстояние, равное высоте полости 1. При этом внутренний центральный электрод 4 выступает за торец изолирующей втулки 3 на расстояние которым определяется площадь электролизного контакта, и которое формируется в процессе горения.
1. Способ ионно-плазменного импульсного воздействия на малообводненную нефть, включающий процессы закачивания в нее токопроводящей жидкости и пропускания через погруженные в нее электроды, подключенные к источникам постоянного электрического тока и электроимпульсного сигнала, и создания в разрядной камере между электродами электролизных процессов и электрических разрядов через закачиваемую жидкость для обеспечения режима электрохимических и ионно-плазменных процессов в ней, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей жидкости используют электролит-окислитель в виде суспензии или геля, в том числе газонаполненный, который через капиллярный канал, могущий выполнять роль проводника тока и размещаемый в соединяющем электроды и источник сигнала кабеле, закачивают непосредственно в разрядную камеру, образованную полостью между внешним трубчатым электродом и внутренним трубчатым электродом коаксиальной разрядной головки, через канал в её внутреннем электроде, и который вступает в экзотермическую химическую реакцию с продуктами высокотемпературного крекинга и электрокрекинга нефти, образующимися в результате ионно-плазменных процессов в разрядной камере под воздействием электроимпульсных сигналов, а постоянный электрический ток дополнительно используют при этом для гальванического переноса вещества с внешнего электрода на внутренний электрод.
2. Устройство для реализации способа по п. 1, представляющее из себя разрядный кабельный наконечник, состоящий из внутреннего и внешнего электродов, расположенных коаксиально и разделенных изолирующей втулкой, отличающееся тем, что имеет на своем конце разрядную полость, состоящую из кольцевой и цилиндрической частей, внутренний электрод длиннее изолирующей втулки на высоту кольцевой части полости, а внешний электрод длиннее внутреннего на высоту цилиндрической части полости, внутренний электрод выполнен трубчатым и соединяется с выходом капиллярного канала в подводящем кабеле.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внешняя поверхность внешнего электрода имеет электроизоляционное покрытие.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что внутренняя поверхность внешнего электрода имеет электроизоляционное покрытие.
5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что поверхность внутреннего электрода имеет электроизоляционное покрытие.
