СПОСОБ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МАЛООБВОДНЁННУЮ НЕФТЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR ION-PLASMA PULSE ACTION ON LOW-WATERED OIL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

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).
2
3
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/см через закачиваемую в скважину минерализованную воду плотностью не менее 1,12 г/см. 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.