РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЛОКАЛЬНОГО НАГРЕВА СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ВНУТРИ СКВАЖИНЫ
Authors: Павлова П.Л. 
Published: October 2024

Повышение нефтеотдачи пластов за счет применения третичных способов добычи, в частности закачки диоксида углерода, становится все более актуальной и востребованной. К настоящему времени выполнено значительное количество научно-исследовательских работ по разработке технологии закачки диоксида углерода в нефтяной пласт. На сегодняшний день существуют три способа применения диоксида углерода для закачки его в пласт с целью увеличения нефтеотдачи: закачка в пласт карбонизированной воды (вода, насыщенная углекислым газом); закачка в пласт непосредственно диоксида углерода в газообразном или жидком состоянии; закачка в пласт углекислого газа в сверхкритическом состоянии. Можно сказать, что новой, а также одной из перспективных и вместе с тем малоизученных технологий для увеличения нефтеотдачи пласта, в особенности подходящих для месторождений с высоковязкой нефтью, является закачка в пласт диоксида углерода в сверхкритическом состоянии. Отечественные и зарубежные лабораторные экспериментальные исследования показывают, что растворяющая способность диоксида углерода в сверхкритическом состоянии возрастает с увеличением плотности при постоянной температуре, то есть при увеличении давления. Но вместе с тем мало работ посвящено разработке скважинного оборудования для получения сверхкритического диоксида углерода для увеличения нефтеотдачи пласта. В связи с этим в статье предлагается разработать скважинное оборудование для получения и контроля сверхкритического диоксида углерода внутри скважины. В работе приведено научно-техническое обоснование работы скважинного оборудования для получения сверхкритического диоксида углерода внутри скважины, а также разработана аналитическая математическая модель локального нагрева цилиндрической трубы нагревательным элементом с целью оптимизации параметров конструкции. Разработанная аналитическая математическая модель позволяет оценить локальный нагрев на поверхности трубы, учитывает мощность нагревательных элементов, коэффициент теплоотдачи среды, теплопроводность материалов и особенности конструкции скважинного оборудования для получения сверхкритического диоксида углерода.

It is becoming more and more important and necessary to increase oil recovery through the use of tertiary extraction techniques, particularly the injection of carbon dioxide. The technology for injecting carbon dioxide into an oil reservoir has been the subject of much research in recent time. However, little research has been done on the problem of acquiring and managing supercritical carbon dioxide inside the well. There are three ways of using carbon dioxide to pump it into the reservoir in order to increase oil recovery: injection of carbonised water into the reservoir (water saturated with carbon dioxide); injection of carbon dioxide directly into the reservoir in a gaseous or liquid state; and injection of carbon dioxide into the reservoir in a supercritical state. The injection of carbon dioxide into the reservoir in a supercritical condition is a novel technology that is also one of the most promising and understudied methods for boosting oil recovery, particularly for areas with high viscosity oil. National and international laboratory experiments have proved that the supercritical state's solvent capacity of carbon dioxide grows with increasing density at a constant temperature, particularly, with increasing pressure. But at the same time, there are few studies on the development of downhole equipment for producing supercritical carbon dioxide to increase oil recovery. In light of this, the study suggests installing downhole apparatus for collecting and monitoring supercritical carbon dioxide inside wells. In order to optimise the design parameters, the author develops an analytical mathematical model of local heating of a cylindrical pipe by a heating element. This model is used to support the operation of downhole equipment for obtaining super-critical carbon dioxide inside the well. The developed analytical mathematical model allows for the estimation of local heating on the pipe surface and accounts for the strength of the heating elements, the medium's heat transfer coefficient, the thermal conductivity of the materials, and the design characteristics of the downhole machinery used to create supercritical carbon dioxide.