Экспериментальное изучение влияния наносоставов на производительность газлифтных скважин

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНОСОСТАВОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ГАЗЛИФТНЫХ СКВАЖИН

Вусал Фаталиев Рашид оглы

диссертант Института «НефтегазНИИпроект» ГНКАР, Республика

Азербайджан, г. Баку E-mail: vusal78@yahoo. com

EXPERIMENTAL STUDY INFLUENSE OF NANOCOMPOSITION ON PRODUCTIVITY OF GASLIFT WELLS

Vusal Rashid Fataliyev

dissertant of "Oilgas&project" Scientific & Research Institute, SOCAR, Respublic of

Azerbaijan, Baku

Автор выражает благодарность чл.-корр. Национальной Академии Наук Азербайджана З.Я. Аббасову за консультативную помощь при подготовке данной статьи к печати.

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований и возможности повышения производительности нефтяных скважин. Испытанию подверглись три модели наносистем, разработанные на основе глин месторождений Азербайджана и металлического порошка. Результаты опытов были апробированы в газлифтных скважинах 104 и 110 НГДУ «28 Мая». Производительность лифта повысилась в пределах 17—19 % с одновременным сокращением удельного расхода рабочего агента-газа на 20—57 % и увеличением межремонтного периода.

ABSTRACT

Results of laboratory experiments and methods to increase well productivity are presented in this article. Three models of nanosystems developed using clays from deposits in Azerbaijan and metallic powder were studied. Results of the laboratory experiments were tested in gaslift wells 104 and 110 of OGPU "28 May". An increase of productivity in the range of 17—19 %, decrease of gaslift gas injection rate by 20—57 % and an increase of in-between workover periods were achieved.

Ключевые слова: наносостав; водонефтяная эмульсия; консистенция; показатель степени; производительность лифта; концентрация.

Keywords: nanocomposition; oil-water emulsion, consistency, degree indication, tubing throughput; concentration.

В последнее время наносистемы нашли широкое применение в нефтедобывающей промышленности Азербайджана [1—5].

Впервые в республике разработан и реализован ряд технологий повышения эффективности различных процессов нефтедобычи с применением наносистем [5, 6]. В целях изыскания новых наносистем на базе местных ресурсов нами проведены экспериментальные исследования по изучению влияния отдельных составов на реологические свойства добываемых флюидов, а также на показатели эксплуатации газлифтных скважин.

Вначале исследовались реологические свойства добываемой смеси — водонефтяной эмульсии из скважин №№ 110 и 104 НГДУ «28 Мая» на специально сконструированной установке, принципиальная схема и методика проведения которых приведена в [4]. Результаты исследования приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, течение водонефтяной эмульсии подчиняется псевдопластичному закону, реологические параметры которой: коэффициент консистенции (к) и показатель степени (n) определялись по специальной методике, разработанной в ходе исследований.

С целью изучения влияния концентрации наночастицы металлического порошка и глины на реологические свойства смесей и производительность скважин были приготовлены 3 модели наносостава на базе глины, по одному составу металлического порошка плюс глины, и проведены специальные исследования, результаты которых отражены в таблицax 2 и 3.

Таблица 1.

Реофизические свойства продукции скважины №№ 104 и 110 НГДУ «28

Мая»

NN скважины Эксплуатационный горизонт Плотность водонефтяной эмульсии, кг/м3 Дебит скважины т/сут Обводненно сть продукции, % Коэффи -циент консистенции,

нефт ь вода всего

110 IX 948 2,0 3,0 5,0 60,0 0,25 0,8261

104 X 951 28,5 41,0 69,5 59,0 0,36 0,7952

Как видно из таблицы 2, наночастицы глины существенно влияют на реологические константы (к и п), так как, при одинаковой обводненности водонефтяной эмульсии, по продукциям обеих скважин наблюдается снижение консистенции с ростом относительного содержания глины. Это приводит к росту производительности скважин почти в два с половиной раза.

Из данных таблицы 2 видно, что увеличение концентрации наносостава

глины модели 1 в продукции скважины до 2% способствует повышению "к" и

2 2

"п" соответственно до коэффициента консистенции от 0,25-10" до 0,81-10" (мПа-с)п, "п" в интервале 0,7952—0,8400 (переход от "к" к абсолютной вязкости (т) можно осуществить по формуле У.Л. Уилькинсона).

При этом отмечено, что с ростом количества наносостава 0—1,5 % производительность подъемного лифта увеличивается от 3,6 до 8,8 м/с, а дальнейший рост наносостава до 2,0 % приводит к некоторому снижению основного показателя лифта до 8,7 %.

Отметим, что аналогичная закономерность характерна и для остальных составов 2 и 3.

Таблица 2.

Сведения о результатах лабораторных опытов по влиянию концентрации глин на реологические свойства систем и производительность подъемника при лифтировании водонефтяной эмульсии из скважин №№ 104 и 110

НГДУ «28 Мая»

л в зВ о н 03 Я~ т нс £ а с

ытуемая жидк< смесь продукщ скважины н та ы ом ю « я н рс м Я ро р н ьа ч а ен ио ч М и ч я и ¡1 8 1 1* тм тн еу це ут Й 3 Реологические константы водонефтяной системы но ат нь ф 4 3 ш "у Ь о 3 иг д ог мс 2 Я £ 8 5 1

и 7 и 1 Н ч о £ к ¡3 оп Л Я к-10"2 п а 5- И §

0,0 0,25 0,7952 3,6

0,5 0,45 0,7980 5,8

1 1,0 0,52 0,8100 7,4

1,5 0,67 0,8306 8,8

2,0 0,81 0,8400 8,7

0,5 0,49 0,7900 5,3

104 2 1,0 0,55 0,8110 6,9

1,5 0,71 0,8300 7,7

2,0 0,79 0,8390 6,7

0,5 0,49 0,7880 3,7

3 1,0 0,53 0,7900 5,1

1,5 0,70 0,8100 6,6

2,0 0,75 0,8380 6,3

0,0 0,36 0,7952 3,4

0,5 0,42 0,7900 3,7

1 1,0 0,65 0,8100 6,4

1,5 0,77 0,8300 8,0

2,0 0,78 0,8320 7,4

0,5 0,43 0,7910 3,6

110 2 1,0 0,44 0,8050 5,9

1,5 0,66 0,8300 7,8

2,0 0,75 0,8310 7,3

0,5 0,41 0,7810 3,6

3 1,0 0,43 0,7950 5,8

1,5 0,67 0,8070 7,6

2,0 0,78 0,8310 7,3

Добавление к водонефтяной смеси скважины 104 наносостава модели 2 в количестве 0,5—1,5 % повышает "к" от 0,49 до 0,71 (мПа-с)п при увеличении "п" от 0,79 до 0,83. При этом производительность подъемного лифта растет от

3 3

5,3 см /с до 7,7 см /с.

Когда в продукции скважины 104 содержится наносостав модели 3, достигаются аналогичные результаты, как и при применении наносоставов моделей 1 и 2. Хотя производительность скважины повышается от 3,7 до 6,6 см /с, она значительно меньше, чем когда были использованы наносоставы моделей 1 и 2, что связано с влиянием состава на реологические свойства водонефтяной эмульсии.

Подобное присуще и при использовании тех же наносоставов для регулирования реологических свойств жидкости скважины 110 и ее производительности.

Из данных таблицы 2 также видно, что при прочих равных условиях производительность лифта имеет максимальное значение тогда, когда значение "к" находится в интервале 0,67—0,77 (мПа-с)п, которое достигается при 1,5 % концентрации наносостава. При этом наилучший показатель достигается, когда в качестве наносостава используются компоненты, входящие в наносостав модели 1. Затем идут наносоставы модели 2 и модели 3.

Объясняется это тем, что наносистемы, приготовленные из глин, имеют разные свойства (набухаемость, компонентный состав, диаметр минералов и т. д.), которые значительно различаются. Таким образом, при лифтировании ГЖС максимальная производительность лифта обеспечивается тогда, когда смесь обладает неньютоновскими свойствами с показателем консистенции "к" около 0,67 и степени "п" = 0,830.

В случаях, когда "к" и "п" лифтируемой системы меньше указанного, необходимо их повысить введением в ее состав наночастицы в пределах 1,5% от объема дебита скважины, а когда "к" и "п" превышают указанные выше пределы — их следует снизить.

Известно, что наносоставы, состоящие из глины и порошка металла, в пластовой щелочной воде стимулирует газовыделение системы, благодаря чему повышается давление среды [6]. Однако, как оно влияет на реологические свойства лифтируемой жидкости и производительность скважин изучено недостаточно. С целью изучения возможности регулирования "к" и "п"

системы, содержащей 2 % наносистемы, с изменением концентрации порошка металла в ее составе проводились дополнительные исследования.

В опытах использовали наносистемы модели 1, где концентрация металлического порошка превышала первоначальную на 10; 30 и 50 %.

Результаты исследования представлены в таблице 3.

Из данных таблицы 3 видно, что при испытании продукции скважины 104 увеличение концентрации металлического порошка в наносистеме модели 1 на 10 % приводит к снижению "к" на 19,6 %, а "п" изменяется мало. Снижение "к" и "п" способствует повышению производительности скважин на 2,3 %.

Из таблицы 3 также видно, что при увеличении концентрации металлического порошка в наносистеме относительно первоначальной на 30 % значение "к" снижается от 0,25 до 0,226 (мПа-с)п, а степени "п" — от 0,7952 до 0,7900. При этом производительность лифта повышается до 9,3 см3/с или же на 6,8 %. Однако дальнейшее увеличение концентрации металлического порошка в наносистеме (относительно первоначальной) до 50 % приводит к снижению показателей реологических констант эмульсии. При этом производительность

33

лифта снижается от 9,3 см /с до 8,6 см /с, т. е. на 7,4 %. Объясняется это тем, что при значении "к", равном 0,220 (мПа-с)п и "п" = 0,7900, система не обладает достаточной способностью обеспечивания поршневого подъема жидкости до устья, поскольку наблюдается увеличение объема стержневой структуры потока.

Результаты лабораторных опытов были апробированы в газлифтных скважинах 104 и 110 и некоторые результаты приведены в таблице 4.

Таблица 3.

Сведения о результатах лабораторных опытов по влиянию концентрации металлического порошка на реологические свойства систем и

производительность подъемника при лифтировании водонефтяной эмульсии из скважин №№ 104 и 110 НГДУ «28 Мая»

№ скважин Модель разработанной наносистемы Концентрация наносистемы в испытуемой жидкости, % Концентрация металлического порошка в наносистеме, % Реологические константы водонефтяной системы Производительность подъемного лифта, О, см3/с.

к-10"2 п

104 1 2,0 0,0 10 30 50 0,250 0,233 0,226 0,220 0,7952 0,7950 0,7900 0,7900 3,6 8,9 9,3 8,6

110 1 2,0 0,0 10 30 50 0,360 0,318 0,275 0,250 0,8261 0,8230 0,8225 0,8210 3,4 7,9 8,4 7,0

Отметим, что наносостав с металлическим порошком был дозирован в кольцевое пространство скважины 104 при расходе 1,2 % от её дебита. По истечении двух суток наблюдалось увеличение дебита нефти, и дозировка продолжилась в течение 13 суток, после чего она прекратилась. Интересен тот факт, что после прекращения дозировки наносостава скважина продолжала работать на повышенном дебите — 70 тонн в сутки, из которых 30 т нефти и 40 т воды.

Межремонтный период работы скважины 104 увеличился от 63 до 127 суток. Заслуживает внимание тот факт, что применение предложенного наносостава модели 1 способствовало значительному сокращению рабочего агента. Удельный расход рабочего агента по жидкости сократился от 332,4 м на подъем одной тонны до 290 м , т. е. на 12,7 %.

Таблица 4.

Влияние предложенных наносоставов на эксплуатационные показатели _скважин №№104 и 110 НГДУ «28 Мая»_

« еа X Я Показатели до проведения Показатели после проведения

ы и И мероприятия мероприятия

Дебит нефти, т/сут Дебит воды, т/сут Дебит жидкости, т/сут Обводненность продукции, % Суточный расход рабочего агента, м3 Межремонтный период работы, сут Дебит нефти, т/сут Дебит воды, т/сут Дебит жидкости, т/сут Обводненность продукции, % Суточный расход рабочего агента, м3 Межремонтный период работы, сут

104 28,5 41,0 69,5 58,9 23100 63 30,0 40,0 70,0 50,7 20300 127

110 2,0 3,0 5,0 60,0 13600 62 4,0 2,5 6,5 38,4 11700 125

Межремонтный период работы скважины 104 увеличился от 63 до 127 суток. Заслуживает внимание тот факт, что применение предложенного наносостава модели 1 способствовало значительному сокращению рабочего агента. Удельный расход рабочего агента по жидкости сократился от 332,4 м на подъем одной тонны до 290 м , т. е. на 12,7 %.

Предложенный наносостав был также применен в скважине 110. Расход наносостава составил 1,5 % от объема добытой жидкости, и процесс дозировки продолжался в течение 12 суток. Дебит нефти из скважины увеличился на 2 т, а воды — на 0,5 т в сутки.

Межремонтный период работы скважины увеличился от 62 до 125 суток.

33

Расход рабочего агента сократился от 13600 м в сутки до 11700 м в сутки после обработки. Удельный расход рабочего агента по жидкости сократился от

33

2720 м до 1800 м на одну тонну.

Вышеуказанное объясняется следующим: дозировка наносостава повышает консистенцию и газоудерживающую способность ГЖС. В результате движения потока, утечки смеси у стенки подъемного лифта сокращаются, и тем самым повышается полезная работа газа. Одновременно достигается допольнительный эффект тем, что из-за устойчивости ГЖС, реологические свойства предупреждают выпадение механических примесей содержащихся в продукции скважины и тем самым обеспечивается их вынос на дневную

поверхность. Благодаря этому увеличивается и межремонтный период работы скважины. Выводы:

• максимальная производительность достигается введением в продукцию скважин наносостава разработанного на основе глины и порошка металла при концентрации 1,5 %, при этом стало возможным повысить производительность лифта в пределах 17—19 % с одновременным сокращением удельного расхода рабочего агента — газа на 20—57 %;

• повышение производительности газлифтных скважин, снижение расхода рабочего агента и увеличение межремонтного периода работы скважин почти в два раза позволяют считать, что предложенные наносоставы являются высокоэффективными.

Список литературы:

1. Богатиков О. А. Неорганические наночастицы в природе // Вестник РАН. — 2003. — т. 73. — № 5. — с. 426—428.

2. Климов Д.М. Обсуждение проблем нанотехнологий // Вестник РАН. — 2003. — № 5. — с. 430—433.

3. Маврина Т.В. Наука "уходит" в наномир. Обсуждение в президиуме РАН // Вестник РАН. — 2002. — т. 72. — № 10. — с. 905—909.

4. Мамедов Т.М., Ибрагимов Х.М., Ахмедов Р.А., Фаталиев В.Р. Исследование влияния концентрации наносистемы на производительность компрессорной скважины. М.; ОАО «ВНИИОЭНГ», Нефтепромысловое Дело. — 2010. — № 1. — с. 29—34.

5. Мирзаджанзаде А.Х., Магеррамов А.М., Нагиев Ф.Б. О разработке нанотехнологии в нефтедобыче. Азербайджанское Нефтяное Хозяйство. — 2005. — № 10. — с. 51—65.

6. Мирзаджанзаде А.Х., Магеррамов А.М., Юсифзаде Х.Б., Шабанов А.Л., Нагиев Ф.Б., Мамедзаде Р.Б., Рамазанов М.А. Изучение влияния наночастицы железа и алюминия на процесс повышения интенсивности

газовыделения и давления с целью применения в нефтедобыче. Изв. Бакгосуниверситета, Наука о природе. — 2005. — серия № 1. — с. 5—12. 7. Роко М.К., Уильямс Р.С., Аливатос П.М. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований. Мир. 2002. — с. 287.