УДК 622.276.4; 622.279 (4+6)

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ

 

Ахмеджанов Т.К., Нуранбаева Б.М.,  Буркитбаев О.К.

 

Казахский национальный исследовательский технический университет

имени К.И.Сатпаева

Казахстан, г.Алматы, ул.Сатпаева, 22; e-mail: bulbulmold@mail.ru

 

Общеизвестно большое значение нефти в мировой экономике. Если учитывать? Что в сложившейся в мире экономической ситуации, связанной с падением цены на нефть, то существующих технологиях добычи нефти следует их совершенствовать их с точкой зрения снижения ее себестоимости. При этом важно сохранить запасы легкой нефти и вовлекать в разработку трудноизвлекаемые запасы высоковязкой нефти. Трудноизвлекаемые запасы высоковязкой нефти наиболее часть извлекаются с изменением тепловых методов, отличающихся дороговизной.

 В этой связи возникает необходимость более полного извлечения высоковязкой нефти из пластов, т.к. до настоящего времени неизвлеченные остаточные запасы составляют более 80% от геологических. Сейчас создаются новые технические средства и технологические приемы, обеспечивающие более высокую полноту извлечения высоковязкой нефти из недр, к которым можно отнести и тепловые технологии. Увеличение потребности в энергии и связанные с этим экологические проблемы вызвали рост интереса к методам повышения нефтеотдачи пластов.

В последнее десятилетие в нашей стране и за рубежом иссле­дован ряд методов разработки нефтяных месторождений, позво­ляющих достичь более высокой нефтеотдачи, чем при обычном заводнении нефтяных пластов. Однако не все предложенные ме­тоды достаточно изучены, испытаны и, самое главное, не все при­емлемы с экономической точки зрения. Большинство методов тре­бует значительных капитальных вложений на дополнительную добычу нефти. Некоторые из них технически трудно осуществимы. Исследования показывают, что существенно увеличить коэффи­циент нефтеотдачи можно путем изменения технологии вскрытия пластов и добычи нефти, физических и физико­-химических свойств вытесняющего агента, применения углеводо­родных растворителей, углекислоты, мицеллярных растворов, по­верхностно-активных веществ, полимерных растворов и других агентов и, наконец, изменения температурного режима процесса вытеснения нефти из пласта [1].

Особое место термических методов воздействия на пласт об­условлено тем, что для их реализации используют широко до­ступные агенты - воду и воздух (окислитель). Масштабы приме­нения этих методов не зависят от возможностей получения больших количеств химических реагентов, необходимых для внед­рения физико-химических методов повышения нефтеотдачи пла­стов.

Развитию термических методов добычи нефти во многих неф­тедобывающих странах мира уделяют большое внимание. В США, Венесуэле, Канаде термические методы широко при­меняют на многих месторождениях. Интерес к термическим методам добычи нефти с каждым го­дом возрастает. Вместе с тем термические методы основанные на подогреве воды и получении пара отличаются высокой степенью затрат на образования тепла и его большими потерями. Для подогрева пластовой нефти наиболее распространенным способом является закачка водяного пара высокой температуры [2].

На основании лабораторных и промысловых опытов установлено, что наиболее эффективным рабочим агентом, используемым для увеличения нефтеотдачи, является насыщенный водяной пар вы­соких давлений (8-15 МПа).

При этом закачка водяного пара является более эффективным методом, чем закачка горячей воды. Уже доказана высокая эффективность от нагнетания высоко­температурного пара и горячей воды при различных геолого-физических условиях" например, на месторождениях Кенкияк, Гремихинское и др. Это указывает на то, что при соответствующей небольшой модификации оборудования можно перейти от обычного заводне­ния к тепловому воздействию посредством нагревания нагнетае­мой в пласт воды и пара [3].

Эффективность внедрения паротепловых методов воздействия на пласт во многом зависит от геолого-физических условий залегания нефтяных пластов. К ним относится: глубина залегания; тип коллектора; характер насы­щения коллектора нефтью, водой и газом, физико-химических свойства нефти, теплофизические свойства продуктивных горных пород пластов, насыщенных водой, нефтью и газом.

Так как объектом термического воздействия является нефть, насыщающая пласт, то при ее нагревании приходится нагревать и остаточную воду, и собственно породу. Следовательно, количество тепла, которое необходимо для нагрева нефти в пласте до задан­ной температуры, представляет собой функцию относительных объемов нефти, воды и породы и соотношения их теплоемкостей.

Основными недостатками всех паротепловых методов воздействия на пласты является большие затраты на получение горячей воды и пара.

Нами предлагается инновационная схема получения горячей воды и пара с использованием солнечных коллекторов тепла, расположенных непосредственно у нагнетательных скважин.

При этом предлагается следующая технологическая схема получения и транспортировки горячей воды и пара (рис.1).

 

Рис.1. Принципиальная технологическая схема гелиоустановки горячего водопароснабжения: 1 - солнечный коллектор, «черный ящик» для получения горячей воды; 2 – теплообменник; 3 – солнечный коллектор для получения пара; 4 - резервный источник нагрева воды в бессолнечный период; 5 – циркуляционный насос; 6- высокотемпературный водяной пар; 7 - скважина.

 

Для получения горячей воды можно использовать солнечные коллекторы типа «черного ящика» различной конструкции, расчеты которых можно произвести по методам, изложенным в работах [5-8].

Недостатком всех этих устройств является невозможность их использования   для получения водяного пара с высокой температурной.

В связи с этим нами разработана другая конструкция солнечного коллектора, обеспечивающего возможность опреснения морских и пластовых вод солнечным  излучением и получением высокотемпературного водяного пара [10].

Сущность разработанного нами солнечного коллектора поясняется чертежом, как показано на рисунке 2.

KOTEL2

Рис.2. Солнечный коллектор для опреснения воды и получения высокотемпературного пара

 

Солнечный коллектор имеет корпус, состоящий из  рабочей испарительной теплоизолированной  емкости (котла) с овальным дном 4, окрашенной с внешней стороны  коррозионностойкими черной, а с внутренней теплоотражающей  серебристой красками  и  заполняемой водой 5 (морской или очищенной от нефти пластовой или технической),  до уровня максимального фокусирования солнечных лучей, направленных на  плавающую на этом уровне в емкости металлическую пластину  черного цвета 3, подогреваемую за счет  концентрации и фокусирования прямой и рассеянной солнечной  радиации с помощью вогнутых линз 1, вмонтированных в светопроницаемую и термостойкую  крышку, которой  плотно перекрывают  емкость с водой в виде крышки  овальной  формы  или под определенным  углом  наклона  таким образом, чтобы конденсирующиеся пары,  в виде  влаги на внутренней овальной или наклонной  поверхности внутренней части крышки   стекали в желоба 2 и затем в емкость  для сбора опресненной воды. Опресненная вода подается в другой солнечный коллектор аналогичный конструкции, отличающейся тем, что пар не конденсируется, а подается в нагнетательную скважину при достижении требуемой температуры.

 Устройство для получения пара работает следующим образом. В целях испарения опресненной воды автоматически заполняется испарительная емкость до уровня максимального фокусирования солнечных лучей, направленных на испарительную поверхность черного цвета, которая находится на поверхности  воды в емкости. За счет нагрева испарительной поверхности сфокусированными солнечными лучами подогревается и испаряется опресненная вода, а водяной пар под высоким давлением подается в скважину. Избытки пара могут быть использованы также для получения и аккумуляции электрической энергии, которую используют для подогрева воды при отсутствии солнечной радиации в пасмурные дни.

Выводы

1.                      Для повышения нефтеотдачи пластов предлагается использовать термические методы, основанные на применении горячей воды и пара, а также концентраторы солнечного тепла, устанавливаемые непосредственно вблизи нефтяных скважин, через которые нагнетаются горячая вода или высокотемпературный пар.

2.                      Предлагаемый солнечный концентратор для получения высокотемпературного пара можно использовать и для опреснения нагнетаемых в пласт морских и пластовых вод.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.  Бурже Ж.П., Сурио М., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. - М.: Недра. 1988 . -422c.

2. Байбаков Н.К. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений. - 1988г. -344с.

3. Альмухамбетова Ш.К., Байрамов И.М., Ахмеджанов Т.К. О возможности экспериментального определения интенсивности образования окисленных форм через изменения теплоемкости материала // Изв.МОН РК. Серия физико-математическая. - 1997. - №6. С.86-89.

4. Ахмеджанов Т.К., Игембаев И.Б. «Разработка высоковязких нефтяных месторождений с использованием параллельных горизонтальных скважин и парогенератора» //  Материалы межд.конф. «Коллоиды и нанотехнологии в индустрии». -  Алматы,  2010. - С.110.

5. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение: состояние дел и перспективы развития. - Энергосбережение, 2000, №4. С.41-46.

6. Бутузов В.А. Анализ энергетических и экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения. - Промышленная энергетика, 2001, № 10. С.77-83.

7.                      Туркпенбаева Б.Ж., Сарсенбек М.Б. Моделирование геометрических параметров и анализ энергетической эффективности плоских концентраторов солнечной энергии на адаптическую поверхность различной формы// Вестник КазНТУ имени К.Сатпаева, № 2 (65) 2008, С. 76-80.

8.                      Руденко М.Ф., Черкасов В.И. Методика определения тепловых нагрузок гелиоприемных устройств. // Вестник АГТУ. Механика.- Астрахань:  АГТУ, 1998.-  С.96-101.

9.                      Инновационный патент № 22305 от 15.02.2010, бюл.№2. Солнечный коллектор. Автор: Ахмеджанов Т.К. и др.

10.              Инновационный патент РК №30157 на изобретение от 19.03.2014г.  Солнечный коллектор. Авторы: Ахмеджанов Т.К., Нуранбаева Б.М. и др.