УПРАВЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ НЕФТИ

АННОТАЦИЯ

В статье показана необходимость выполнения комплекса реологических исследований нефти для пополнения базы исходных данных для проектирования наиболее доступной нефтепромысловой технологии в условиях перехода на добычу нефти из трудноизвлекаемых запасов.

ABSTRACT

The article shows the need to perform a complex of rheological studies of oil to replenish the database of initial data for the design of the most affordable oilfield technology in the transition to oil production from hard-to-recover reserves.

Ключевые слова: реологические свойства нефти, управление реологическими свойствами нефти, программа исследований.

Keywords: rheological properties of oil, management of rheological properties of oil, research program.

Переход нефтедобычи на активную эксплуатацию месторождений углеводородов, приуроченных к категории трудноизвлекаемых, обуславливает поиск решений по минимизации энергозатрат и обеспечению ресурсосбережения. В этой связи важным является обеспечение управления реологическими характеристиками потоков флюидов, начиная с пластовых процессов, далее скважина, трубопроводы и технологическое оборудование наземных сооружений, и заканчивая хранением товарной нефти в резервуарных парках.

Как известно, цикл нефтедобычи включает в себя выполнение и осуществление ряда последовательных процессов: гидродинамического характера – фильтрация полезных флюидов в материнском пласте к призабойной зоне добывающих скважин, подъем углеводородов по лифтовым трубам эксплуатационных скважин на дневную поверхность, транспортирование нефти по трубам в газожидкостном состоянии до пунктов подготовки и очистки и магистральный транспорт товарной нефти потребителям; гидростатический отстой газожидкостной смеси нефти, пластовой воды и растворенного газа в аппаратах и емкостях технологического назначения. Для выполнения моделирования процессов и численных расчетов затрат энергии в добыче нефти, как правило, используют кинематические схемы взаимодействия фаз, составляющих поток.

Основным критерием в рассматриваемых процессах нефтедобычи выступает сопротивление со стороны жидкости, которая прямо пропорциональна реологическим свойствам нефти. Следовательно, суточный дебит нефти по месторождению и ее реологические свойства составляют основу исходных данных для выработки наиболее доступной нефтепромысловой технологии, позволяющей избежать риски роста операционных издержек при эксплуатации промысла. Влияние «балласта» попутного газа и пластовой воды в данной статье учтено косвенно и в подробностях не рассмотрено.

Теоретические вопросы реологии специальных жидкостей, включая исследования реологических свойств нефти и нефтяных дисперсных систем, подробно освещены в работах У.Л. Уилкинсона, М. Рейнера, З.П. Шульмана, А.Х. Мирзаджанзаде [6; 4; 10; 11; 2]. В АО «O’ZLITINEFTGAZ» реологическими исследованиями нефти Узбекистана занимались Ж.А. Акилов, К.В. Мукук, Б.Х. Хужаеров [1; 3; 7]. Полезные практические приложения по вопросам добычи и трубопроводного транспорта нефти, различающихся по реологическим свойствам, можно найти в учебнике [5].

Из этих работ следует, что нефти могут при определенных условиях обладать следующими реологическими свойствами: различная плотность, высокая вязкость и температура застывания; наличие начальных дополнительных сопротивлений структурированных систем (статические и динамические напряжения); способность проявлять нормальные напряжения сдвига; релаксационные качества (изменение во времени внутренних напряжений); тиксотропия; поддаваться термо- и барообработке; создавать устойчивые ядра течения с маловязким пристенным слоем в трубах за счет применения специальных жидкостей (поверхностно-активных), а также за счет введения специальных добавок приобретать особые свойства. Несомненно, свойства нефти в сильной степени зависят от температуры. В практике нефтяного дела температура нефти изначальная пластовая (30–50 °С) диктует правила управления температурным режимом в единичных процессах, составляющих цикл нефтедобычи, которая колеблется от 20 до 90 °С. Исходя из практических задач и целевых показателей задания на проектирование, составляется программа специальных реологических исследований нефти для пополнения базы данных, используемых в технологических целях и расчетах.

Существует много способов экспериментального определения реологических свойств нефти с применением специальных приборов, устройств, гидравлических лабораторных стендов и опытных промышленных участков. В разные периоды в АО «O’ZLITINEFTGAZ» для реологических исследований применялись ротационные вискозиметры: Реотест, Ротовиско, ВПН, ПИРСП; прибор Стокса, капиллярный вискозиметр специального изготовления, гидравлический стенд. Принципы измерения, которые основаны на задании: 1) постоянной скорости сдвига или 2) постоянного напряжения при сдвиге. Все эксперименты проводились на принципах гидравлического подобия и в условиях, приближенных к реальным на изучаемом месторождении. Особая роль в специальных реологических исследованиях нефти отводится подготовке образца нефти к испытаниям и методическим его аспектам.

Основные реологические исследования нефти месторождений были обобщены в работах [8; 9], где реологические кривые течения нефти большинства месторождений в Узбекистане были классифицированы и отнесены к типам ньютоновская, бингамовская и степенная жидкости. Результаты исследования реологических свойств нефти и исследования по регулированию и управлению реологическими свойствами нефти показали следующее для 20 °С:

1) в таблице приводятся результаты реологических исследований нефти, в частности изменение динамической вязкости от различных эксплуатационных факторов на объекте;

Рисунок 1.

Результаты реологических исследований нефти, в частности изменение динамической вязкости от различных эксплуатационных факторов на объекте

2) для месторождений с газовой шапкой вязкость нефти при длительной эксплуатации из-за выпадения части газового конденсата в пласте будет снижаться (см. рисунок);

1 – исходная, 2 – спустя 10 лет, 3 – спустя 20 лет.

Рисунок 1. Зависимость

3) потери легких фракций на 2,5–3,0% из-за испарения приводят к росту вязкости нефти на 12–36%;

4) температура застывания парафинистой нефти (исходное содержание парафина в составе нефти 4,5%) из-за промешивания отложений парафина в 3% приводит к ее росту в 4 раза с 4 до 17 °С;

5) термообработка парафинистой нефти – эффективное мероприятие, которое позволяет сохранять эффект понижения вязкости до 30 суток и более начальный эффект составляет 2 раза и более с ослабеванием на 30 сутки до 1,3 раза;

6) для смолистой нефти добавка растворителя – эффективное мероприятие, позволяющее снизить вязкость в 4–10 раза при концентрациях 5–10%.

Результаты по регулированию реологических свойств нефти показывают их высокую эффективность, и они рекомендуются к рассмотрению при составлении комплексных программ реологических исследований нефти при выработке оптимальных нефтепромысловых технологий для месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти.

Список литературы:

1. Акилов Ж.А. Нестационарные движения вязкоупругих жидкостей. – Ташкент : ФАН, 1982. – 104 с.
2. Мирзаджанзаде А.Х., Мукук К.В., Шафиев Р.У. Методическое руководство по контролю и регулированию реологических и теплофизических свойств систем трубопроводного транспорта. – Уфа : ВНИИСПТнефть, 1985. – 138 с.
3. Мукук К.В. Элементы гидравлики релаксирующих аномальных систем. – Ташкент : ФАН, 1980. – 115 с.
4. Рейнер М. Реология. – М. : Наука, 1965. – 223 с.
5. Тетельмин В.В., Язев В.А. Реология нефти. – М. : Граница, 2009. – 255 с.
6. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. – М. : Мир, 1964. – 215 с.
7. Хужаеров Б.Х. Реологические свойства смесей. – Самарканд : Согдиана, 2000. – 192 с.
8. Шафиев Р.У. Методические основы промысловой подготовки нефти на различных этапах разработки месторождений: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Ташкент, 2007. – 24 с.
9. Шафиев Р.У. Методологические основы совершенствования нефтепромысловых технологий: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Ташкент, 2021. – 61 с.
10. Шульман З.П., Ковалев Я.Н., Зальцгендлер Э.А. Реофизика конгломератных материалов. – Минск : Наука и техника, 1978. – 240 с.
11. Шульман З.П., Кордонский В.И. Магнитореологический эффект. – Минск : Наука и техника, 1982. – 184 с.