Електророзрядна дія на структуру пористих матеріалів і динамікуфільтрації в них вуглеводневих флюїдів

Наукові основи електророзрядного методу зміни структури пористих матеріалів, заповнених вуглеводневими флюїдами, з метою поліпшення їх фільтраційних характеристик використано для створення технології інтенсифікації фільтраційних процесів у продуктивних нафтових пластах електророзрядними пристроями типу „Скіф” (приплив нафти збільшується більш ніж у 3 рази) в різних геолого-технічних умовах України, Росії, Казахстану і Китаю (більше 300 свердловин).

Ключові слова амплітуда імпульсів тиску, водонафтова емульсія, вуглеводневі флюїди, пористі матеріали, розчин поверхнево-активних речовин, фільтраційні характеристики, електророзрядна дія.

АННОТАЦИЯ

Сизоненко О.Н. Электроразрядное воздействие на структуру пористых материалов и динамику фильтрации в них углеводородных флюидов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05. 02. 01 - Материаловедение. Институт проблем материаловедения имени И.Н. Францевича НАН Украины, г. Киев, 2006 г.

Работа посвящена решению важной научно-технической проблемы разработки научных основ метода изменения структуры пористых материалов, заполненных углеводородными флюидами, с целью улучшения их фильтрационных характеристик.

Впервые научно обоснованы и экспериментально определены условия, при которых высоковольтные электрические разряды приводят к активации растворов поверхностно активных веществ (ПАВ), усилению их адсорбции в порах и микротрещинах, созданию расклинивающего эффекта, дилатансионному разуплотнению породы и перестройке структуры. Установлены закономерности связи состава рабочей среды (водонефтяная эмульсия с добавкой ПАВ, в составе которого присутствует пенообразователь) и параметров электроразрядного воздействия с временной зависимостью изменения фильтрационных характеристик- пористостью (у песчаников увеличивается в 3 раза, у карбонатов в 2,5 раза), проницаемостью (у песчаников увеличивается в 6 раз, у карбонатов в 3 раза) и структурой (размер пор существенно увеличивается).

Сформулированы экспериментально-теоретические предпосылки увеличения фильтрационных характеристик пористых, насыщенных флюидами, сред при электроразрядном воздействии, заключающиеся в выборе рабочей жидкости, которая должна являться химически активной к виду отложений в породе и установлении временного режима циклического воздействия в зависимости от типа породы, ее пористости и характера отложений (эффект в 2 раза превышает сумму эффектов от воздействия, которое оказывают самостоятельно ПАВ и электрический разряд). Теоретически обоснованы параметры электро-механического воздействия, улучшающего фильтрационные характеристики пористых материалов под действием гидродинамических возмущений. Определены условия для увеличения амплитуды импульсов давления. Показано, что использование водонефтяной эмульсии позволяет увеличивать амплитуду импульсов давления как за счет снижения потерь энергии на стадии формирования канала разряда в результате инициирования пробоя среды пузырьками, образующимися в жидкости в результате ее плазмотермического разложения, так и за счет трансформации волны давления, распространяющейся в газожидкостной среде.

Впервые установлены закономерности связи параметров электроразрядного воздействия (запасаемой энергии и суммы удельных импульсов давления) с временной зависимостью изменения физико-химических свойств жидкости (растворы ПАВ), в которой формируется плазменный канал разряда, а именно способностью удаления вязкопластичных и хрупких отложений с твердых поверхностей (достигает 93%), предотвращением сорбции этих отложений (ингибирующие свойства усилились на 30%), снижением поверхностного натяжения на границе жидкости (нефть+ПАВ) с воздухом (на 10%). Впервые установлены закономерности связи параметров электроразрядного воздействия с временной зависимостью изменения реологических характеристик углеводородного флюида - динамической вязкостью (снижается в 2 раза (скорость сдвига 15 с^-1)) и предельным напряжением сдвига (снижается на 40%) и структуры этого флюида (знакопеременными волнами сжатия-растяжения диспергируется твердая дисперсная фаза, состоящая из мицелл асфальтенов и кристалликов парафина).

Впервые установлены закономерности связи параметров электроразрядного воздействия с временной зависимостью изменения физико-химических свойств и структуры гетерогенной грубодисперсной системы - биотоплива “Dynamotive” (Канада): кинематической вязкостью (снизилась в 2 раза), коксуемостью (снизилась на 15%), распределением коксовых частиц по размерам (крупные размером 10 - 50 мкм (59,2%) - диспергированы до размеров 5 - 10 мкм (86%)).

Научные основы электроразрядного метода изменения структуры пористых материалов, заполненных углеводородными флюидами, с целью улучшения их фильтрационных характеристик, использованы для создания технологии интенсификации фильтрационных процессов в продуктивных нефтяных пластах электроразрядными устройствами типа "Скиф" (приток нефти увеличивается более чем в 3 раза) в различных геолого-технических условиях Украины, России, Казахстана и Китая (более 300 скважин).

Ключевые слова амплитуда импульсов давления, водонефтяная эмульсия, пористые материалы, раствор поверхностно-активных веществ, углеводородные флюиды, фильтрационные характеристики, электроразрядное воздействие.

ANNOTATION

Syzonenko O. M. Electric discharge exertion on the structure of the porous materials and the dynamics of the hydrocarbon fluids filtration in them. - Manuscript.

Dissertation for the doctor's degree on speciality 05.02.01- Materials science. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of National Academy of Science of Ukraine, Kiev, 2006.

The work is dedicated to the solution of the important scientific and technical problem: of working out of the scientific foundations of the method of the change of porous materials structure, when they are filled by hydrocarbon fluids, for the purpose of their filtration characteristics improvement.

For the first time the conditions at which the high-voltage electric discharges result in the activation of surface-active material solutions (SAM), increasing of their adsorption in pores and microcracks, the disjoining effect creating, dilatation thinning of the rock and the reconstruction of the structure, are scientifically grounded and experimentally defined. The regularities of connection of operating composition (water-oil emulsion with the addition of the SAM, containing foam maker ) and the parameters of the electrical charging impact with the time dependence of the change of the filtration characteristics -the porosity are defined: he filtration characteristics increases up to 3 times in sandstones and up to 2,5 times in carbonates, the penetration factor increases up to 6 times in sandstones and up to 3 times in carbonates. Pore size substantially increases.

The experimental and theoretical conditions for increasing of the filtration characteristics of porous media saturated by fluids at the electric discharge impact. The corresponding steps are: the choice of working fluid, which must be chemically active to the kind of deposits in the rock, the time mode establishing of the cyclic impact depending on the type of the rock, its porosity and the character of deposits. The effect is 2 times as large the sum of effects from the impact, which is rendered by the SAM, and the electrical discharge independently. The parameters of the electrical-mechanical impact, improving the filtration characteristics of the porous materials under the influence of hydrodynamic perturbations, are theoretically grounded. The conditions for increasing of the pressure pulse amplitude are defined. It is shown that the use of the water-oil emulsion allows to increase the pressure pulse amplitude both due to the lowering of the energy waste on the stage of discharge channel forming as a result of the initiation of the medium breakdown by bubbles, which are formed in liquid as a result of its plasma-thermal decay and due to the pressure wave transformation, being spreaded in gas-liquid medium.

For the first time the regularities of connection of the electric discharge impact parameters (the stored energy and the sum of the pressure pulses) with time dependence of the change of physicochemical characteristics of the liquid (the SAM solutions) in which the plasma discharge channel is formed have been determined. These characteristics are: the ability of removing of viscoplastic and fragile deposits from the solid surfaces (it reaches 93%), the averting of sorption of this deposits (it gained strength to 30%), the lowering of the surface tension on the bounderies between the liquid (oil + SAM) and the air (down to 10%). For the first time the regularities of connection of the electric discharge impact parameters with time dependence of the change of rheological characteristics of hydrocarbon fluid have been determined. The dynamic viscosity reduces down to 2 times(by the speed of shift 15s^-1), the breaking point of the fluid shift reduces down to 40%, the structure of this fluid changes: solid disperse phase consisting of the asphaltenes micelles and paraffin chips is dispersed by the sign-variable waves of compression-tension.

For the first time the regularities of connection of the electric discharge impact parameters with the time dependence of the change of physicochemical properties and the structure of heterogeneous coarsely dispersed system- the biofuel “Dynamotive” (Canada): have been determined: the kinematic viscosity reduces down to 2 times, the coking ability reduces down to 15%, the distribution of the coke particles according to their sizes changes (the coarse ones 10-50 mkm(59,2%) were dispersed down to 5-10 mkm(86%)).

The scientific foundations of the electric discharge method of the change of the structure of porous materials, filled with hydrocarbon fluids for the purpose of their filtration characteristics have been used for creation of the intensification technology of their filtration processes in the productive oil stratums by the electric discharge installations of the “Skif” model in various geotechnical conditions of Ukraine, Russia, Kazakhstan and China (more than 300 oil wells): the oil inflow increases more than up to 3 times.

Key words: pressure pulse amplitude, water-oil emulsion, porous materials, the surface-active materials solution, hydrocarbon fluids, filtration characteristics, electric discharge impact.

Размещено на Allbest.ru