КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 15-19-00151
НазваниеРазработка технологических приемов увеличения проницаемости коллекторов тяжелой нефти с ядерно-физическим контролем
РуководительНестерович Александр Владимирович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2018 г. - 2019 г. |
Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований».
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-207 - Термодинамические процессы в технических системах
Ключевые словатяжелая нефть, скважина, вязкость, воздействие, ультразвук, индукционный нагрев, дебит, нейтронный каротаж, генератор нейтронов, детектор, акустический излучатель, генератор электрических колебаний, генератор гамма-излучения, обсадная труба, призабойная зона
Код ГРНТИ37.31.15
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В ходе работ по соглашению № 15-19-00151 была показана возможность создания аппаратурно-методического комплекса для повышения проницаемости пласта с тяжелой высоковязкой нефтью, включающего электродинамический нагреватель обсадной трубы скважины и ультразвуковой магнитострикторный излучатель акустической волны, питаемые от единого скважинного преобразователя постоянного тока в переменный с частотой порядка 10 кГц. При этом доказана принципиальная возможность создания такого преобразователя постоянного тока в высокочастотный переменный, который допускает возможность его размещения внутри высокопрочной капсулы, находящейся в области забоя скважины. Предложена также конструкция компактного индуктора, способного локально возбуждать в стенке обсадной трубы токи порядка 102 103 А. Эти результаты создают возможность интенсивного нагрева фрагмента обсадной трубы скважины, удаления таким образом отложений в области ее перфорации, способствуют повышению проницаемости призабойной зоны пласта и, как следствие, увеличению дебита скважин с трудноизвлекаемой нефтью.
Полученные результаты создают предпосылки к созданию комплексной электрофизической установки и технологии добычи тяжелых нефтей, которые составляют до 40% от разведанных запасов страны. Для этого потребуется решить вопросы охлаждения преобразователя, дистанционного управления его работой, контроля состояния оборудования, инженерно-технической проработки исполнительных устройств, находящихся за пределами скважинного снаряда преобразователя, проведения модельных испытаний и т.д.
Необходимо также предварительно определить предельные эксплуатационные параметры погружного преобразователя с исполнительными устройствами. Среди последних важнейшими являются максимальная мощность индукционного нагревателя, а также характеристики направленности и мощность акустической волны излучателя. Теплофизические испытания индукционного нагревателя, выполненные на предыдущих этапах настоящего проекта, производились с использованием упрощенного лабораторного макета преобразователя, работающего на уровне мощности в 4 раза меньше расчетного значения. По этой причине в ходе продолжения проекта предполагается решить следующие задачи.
1. Доработать преобразователь постоянного тока в переменный с целью обеспечения максимальной амплитуды тока в индуктивно-резистивной нагрузке. Изготовить и испытать лабораторный макет преобразователя с индукционным нагревателем.
2. Разработать проект преобразователя п.1 в масштабе скважинного прибора и изготовить его лабораторный макет.
3. Проанализировать методы повышения мощности и направленности акустической волны, возбуждаемой в призабойной зоне нефтеносного пласта излучателем, располагаемым внутри обсадной трубы.
4. Уточнить требования акустических излучателей разного типа к питающему источнику высокочастотных колебаний.
5. Выполнить расчет системы охлаждения скважинной части аппаратурно-методического комплекса. Сформулироть требования к ее оптимизации.
6. Разработать и изготовить наземную упрощенную модель призабойной зоны пласта с фрагментом обсадной трубы.
7. Выполнить исследование температурного поля в макете призабойной зоны при работающем индукционном нагревателе.
Ожидаемые результаты
1.3.1. Будет доработана схема преобразователя постоянного тока в переменный, обеспечивающая максимальную амплитуду тока в индуктивно-резистивной нагрузке, и результаты испытаний усовершенствованного лабораторного макета преобразователя с индукционным нагревателем.
1.3.2. Будет создан лабораторный макет преобразователя п.1.3.1 в габаритах скважинного прибора.
1.3.3. Будут получены расчетные результаты по прохождению ультразвуковых волн в пласт через обсадную колонну, генерируемых акустическим излучателем.
1.3.4. Будет проведен анализ требований к схеме погружного преобразователя, питающему источник высокочастотных акустических колебаний в скважине.
1.3.5. Будет проведен расчет системы охлаждения скважинной части аппаратурно-методического комплекса.
1.3.6. Будет изготовлена упрощенная наземная модель призабойной зоны пласта с фрагментом обсадной трубы.
1.3.7. Будут уточнены результаты компьютерных и модельных исследований температурного поля для упрощенной наземной модели призабойной зоны пласта с фрагментом обсадной трубы.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Заявленный в проекте план работы на 2018 год предполагал доработку преобразователя постоянного тока в переменный с целью обеспечения максимальной амплитуды тока в индукционно- резистивной нагрузке, его изготовление и испытание лабораторного макета преобразователя с индукционным нагревателем. Проведение на основе этих испытаний, а также результатов исследований, выполненных на предыдущих этапах работы по данному соглашению, разработки проекта усовершенствованного преобразователя в габаритах скважины. Предполагались также путем компьютерного моделирования нахождение эффективного метода повышения мощности и направленности акустической волны, возбуждаемой в призабойной зоне нефтяного пласта излучателем, располагаемым внутри обсадной трубы и анализ термодинамических характеристик скважинной части аппааратурно- методического комплекса.
В рамках реализации плана работ получены следующие конкретные результаты:
1. Доработан преобразователь постоянного тока в переменный с целью обеспечения максимальной амплитуды тока в индукционно- резистивной нагрузке. Доработка коснулась усовершенствования схемы и элементной базы преобразователя постоянного тока в переменный для обеспечения возможности устойчивой продолжительной работы преобразователя в режиме повышенной температуры в скважине и улучшения электромагнитной совместимости его силовой части с маломощной электроникой управления.
2. Изготовлен лабораторный действующий макет преобразователя постоянного тока в переменный ультразвуковой частоты и проведены его успешные лабораторные испытания.
3. Проведена на базе результатов исследований, выполненных на предыдущих этапах работы по данному соглашению, а также с учетом результатов доработки преобразователя, указанных в п.1, разработка проекта усовершенствованного преобразователя в габаритах скважины.
4. Разработан алгоритм расчета прохождения акустической волны от магнитострикторного излучателя в пласт с учетом диссипативных потерь и соответствующая компьютерная программа. Проведен компьютерный эксперимент с целью нахождения эффективного метода повышения мощности и коэффициента прохождения акустической ультразвуковой волны в призабойную зону скважины.
5. Проведен анализ термодинамических характеристик скважинной части аппааратурно- методического комплекса. Получены диаграммы температурных полей, формируемых в процессе локального нагрева трубы с использованием электромагнитного индуктора.
6. По результатам проведенных работ подготовлено 6 статей в научные журналы, 3 из которых направлены и приняты для опубликования в журналы «Socar Proceedings», «Journal of Physics: Conference Series» и «Ядерная физика и инжиниринг», а 3 статьи подготовлены и находятся на рассмотрении в журналах «Нефтяное хозяйство» и «Socar Proceedings».
7. Сделано 4 доклада на Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии», 9- й Международной конференции IPAC-18, Международной научно- практической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность 2018»
Публикации
1. Бердоносова Н.А., Богданович Б.Ю., Дмитриев М.С., Жуйков Ю.Ф., Ильинский А.В., Нестерович А.В., Шиканов Е.А., Шиканов А.Е. Применение скважинного генератора нейтронов для контроля восстановления дебита нефтяного пласта акустическим воздействием. Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность, Сборник статей международной научно- практической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность» с.347-350. (год публикации - 2018)
2. Бердоносова Н.А., Богданович Б.Ю., Дмитриев М.С., Жуйков Ю.Ф., Ильинский А.В., Нестерович А.В., Шиканов Е.А., Шиканов А.Е. The control of unprocessed oil stratums debit restonring by methods of ultrasound influence with well neutron generator Journal of Physics: Conference Series, 2019 (год публикации - 2019)
3. Бердоносова Н.А., Богданович Б.Ю., Ильинский А.В., Кутузов Е.М., Нестерович А.В., Рухман А.А., Сенюков В.А., Шиканов А.Е., Шиканов Е.А. Ультразвуковой метод обнаружения утечек продуктивных углеводородов из подземного магистрального трубопровода. Сборник статей международной научно- практической конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность», с.181-185, - (год публикации - 2018)
4. Дмитриев М.С., Богданович Б.Ю., Ильинский А.В., Коляскин А.Д., Нестерович А.В., Шиканов Е.А., Шиканов А.Е. Контроль восстановления дебита невыработанных пластов нефтяных скважин методом ультразвукового воздействия с применением скважинного генератора нейтронов. Сборник научных трудов 4-й Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии», Сборник научных трудов 4-й Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии», с. 430-431 (год публикации - 2018)
5. Жуйков Ю.Ф., Ильинский А.В., Шиканов А.Е., Шиканов Е.А. Исследование увеличения проницаемости нефтяного пласта при ультразвуковом воздействии с использованием методов нейтронного каротажа. Socar Proceedings, 1-й выпуск 2019 (год публикации - 2019)
6. Клачков А.П., Пономаренко А.Г. Погружной преобразователь для электропитания системы теплового и ультразвукового воздействия на призабойную зону пласта Ядерная физика и инжинирин, Том 10, №4, 2018 (год публикации - 2018)
7. Б. Ю. Богданович, М. С. Дмитриев, А. В. Ильинский, К. И. Козловский, А. Д. Коляскин, А. В. Нестерович, А. Г. Пономаренко, А. А. Рухман, А. Е. Шиканов Temperature generator and the acoustic fields in the well -, Патент РФ №168526, приоритет 2016.07.29 (год публикации - )
8. Богданович Б.Ю., Ильинский А.А., Нестерович А.В., Пономаренко А.Г., Рухман А.А., Шиканов А.Е. Способ повышения нефтеотдачи пласта с высоковязкой нефтью -, Патент РФ № 2631451, приоритет 2016-07-29 (год публикации - )
9. Клачков А.П., Пономаренко А.Г. Полумостовой преобразователь постоянного тока в переменный. -, Патент РФ № 179238, приоритет 29.11.2017 г., владелец патента НИЯУ МИФИ. (год публикации - )
10. Клачков А.П., Пономаренко А.Г., Шиканов А.Е. Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно- резистивной нагрузке. -, Патент РФ № 2669382, приоритет 29.11.2017 г., владелец патента НИЯУ МИФИ. (год публикации - )
11. - Российские ученые научились добывать трудноизвлекаемую нефть Известия (iz.ru), - (год публикации - )
Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Заявленный в проекте план работы на 2019 год предполагал:
– изготовление и испытание лабораторного макета усовершенствованного преобразователя постоянного тока в переменный в габаритах скважины;
– уточнение требований к источнику высокочастотного питания акустических излучателей;
– расчет, разработку и изготовление наземного макета призабойной зоны пласта с фрагментом обсадной трубы;
– исследование температурного поля в наземном макете призабойной зоны пласта;
– усовершенствование компьютерной программы расчета поля акустических давлений в нефтяном пласте и скважине.
В рамках реализации плана работ получены следующие конкретные результаты:
1. Изготовлен лабораторный макет преобразователя постоянного тока в переменный в габаритах скважины. Алгоритм работы и принципиальная схема макета реализуют усовершенствования, разработанные на предыдущем этапе. Конструкция и монтажная схема макета переработаны так, чтобы соответствовать условиям работы в межтрубном пространстве скважины, НКТ которой имеет внутренний диаметр 100 мм, наружный 119 мм, а обсадная труба – внутренний диаметр 163 мм. Макет испытан в режиме работы на индуктор, осуществляющий нагрев стальной трубы диаметром 110-120 мм.
2. Уточнены требования к источнику высокочастотного питания акустического излучателя одновременно с индукционным нагревателем. Установлено, что полумостовой преобразователь, используемый для индукционного нагрева ОТС или НКТ, способен одновременно обеспечивать питание акустического излучателя при условии, что последний обладает свойствами высокодобротной индуктивно-резистивной нагрузки. Экспериментальное исследование широко распространенного магнитострикционного излучателя с тороидальным сердечником показало, что он не соответствует указанному требованию. Взамен предложен электродинамический излучатель, обмотка которого при работе внутри скважины проявляет требуемые свойства.
3. Выполнены расчет, разработка и изготовление наземного макета призабойной зоны пласта в виде фрагмента перфорированной обсадной трубы диаметром120 мм, располагаемой внутри металлической бочки соосно с нею. Пространство между трубой и бочкой заполнено песком с возможностью подачи воды.
4. Исследовано температурное поле в наземном макете призабойной зоны пласта, описанном выше. Сравнение экспериментальных данных и результатов расчета показало качественное совпадение результатов.
5. Выполнено усовершенствование компьютерной программы расчета поля акустических давлений в нефтяном пласте и скважине, которая позволяет рассчитывать пространственные и частотные семейства зависимостей амплитуд скорости и акустического давления для разных геометрических параметров излучателя и ПЗС.
6. По результатам проведенных работ подготовлено 5 статей, 3 из которых опубликованы в «Химическом и нефтегазовом машиностроении», 2019г., вып. 7, 8, 9, по одной – в «Нефтяном хозяйстве» и «Physica Scripta».
7. Результаты исследований докладывались на научных конференциях: V международная конференция «Лазерные и плазменные технологии» (Москва, 12-15 февраля 2019 г.) (2 доклада), 1 – «XVII Международная научная конференция Физико-химические процессы в атомных системах (Москва, 29-30 октября 2019)»
Публикации
1. Karimov A.R., Teleisnik M.A., Savenkova T.A., Aksenova L.M. The influence of velocity field on simple chemical reaction in viscous flow. Physica Scripta., Vol. 94, 045002, 2019 (год публикации - 2019)
2. А.П. Клачков, А.Г. Пономаренко Погружной генератор высокочастотного питания для технологии удаления асфальтосмолопарафиновых отложений из труб скважин в режиме непрерывной добычи высоковязких нефтей Химическое и нефтегазовое машиностроение, № 9, 2019, с. 9-12 (год публикации - 2019)
3. Б.Ю. Богданович, А.В. Ильинский, Е.М. Кутузов, А.В. Нестерович, В.А. Сенюков, А.Е. Шиканов, Е.А. Шиканов Обнаружение утечек в подземных нефте- и газопроводах Нефтяное хозяйство, №10, с. 126-128 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2019-10-126-128
4. Б.Ю. Богданович, А.Е. Шиканов, М.С. Дмитриев, А.Г. Пономаренко, А.П. Клачков, А.В. Нестерович Электрофизическая концепция технологии удаления асфальтосмолопарафиновых отложений из труб скважин в режиме непрерывной добычи высоковязких нефтей Химическое и нефтегазовое машиностроение, №7, с. 11-15 (год публикации - 2019)
5. М.С. Дмитриев, А.Г. Пономаренко, А.П. Клачков Теплофизическое обоснование технологии удаления асфальтосмолопарафиновых отложений из труб скважин в режиме непрерывной добычи высоковязких нефтей Химическое и нефтегазовое машиностроение, №8, 2019, с. 31-35 (год публикации - 2019)
Возможность практического использования результатов
Возможность практического использования результатов проекта в экономике и социальной сфере
Важнейшим результатом проекта является предложенная электрофизическая технология удаления АСПО из труб скважин непосредственно в процессе добычи тяжелых высоковязких нефтей.
Доведение созданных нами лабораторных макетов электрофизических устройств до уровня серийной технологической аппаратуры одновременно с разработкой новой версии традиционного нефтепромыслового оборудования с последующими скважинными испытаниями электрофизической технологии в целом могут быть выполнены в ходе крупной общеотраслевой ОКР. Успешное решение данной задачи послужит основой существенной модернизации отечественной инфраструктуры по экологичной добыче, транспортировке и переработке углеводородов.
Своевременное патентование нового высокотехнологичного оборудования и организация его серийного производства послужат резкому повышению конкурентоспособности отечественного нефтепромыслового оборудования, гарантирует широкий рынок его сбыта и способствует созданию в стране большого числа высококвалифицированных рабочих мест.