Технология электропрогрева нефтяных скважин с применением автономных ветроэлектрических установок
Бельский Алексей Анатольевич,
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики,
Муратбакеев Эдуард Хамитович,
кандидат технических наук, доцент кафедры начертательной геометрии и графики.
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
Введение
Удельный вес месторождений высоковязких и трудноизвлекаемых нефтей неуклонно растет в структуре запасов Российской Федерации и уже преобладает в ряде регионов с падающей добычей [1]. Одной из проблем, осложняющей добычу нефти, является образование асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) на скважинной арматуре.
Накопление АСПО в проточной части нефтепромыслового оборудования и на внутренней поверхности труб приводит к снижению производительности системы и сокращению межремонтного периода работы скважины, что сказывается на себестоимости добычи нефти.
Существуют несколько способов, применяемых в нефтедобывающей промышленности, для борьбы с АСПО:
- механический способ, предполагающий удаление уже образовавшихся отложений с помощью скребков различной конструкции;
- химический способ, базирующийся на введении в добываемую продукцию дозированных химических соединений, уменьшающих образование отложений;
- тепловой способ обработки скважин.
Тепловые способы основаны на способности АСПО не образовывать твердой фазы или плавиться при температурах, превышающих их точки выпадения или кристаллизации (например: для парафинов 35÷50 0С).
Для создания необходимой температуры требуется источник тепла, который должен быть помещен непосредственно в зону отложений, в качестве которого могут использоваться: горячая нефть (вода); перегретый пар; реагенты, при взаимодействии с которыми протекают экзотермические реакции; специальные нагревательные кабели.
Основная часть
Стационарная установка электропрогрева скважины (УЭПС) с помощью нагревательного кабеля размещаемого непосредственно во внутреннем или затрубном пространстве насосно-компрессорных труб в скважине, позволяет осуществлять прогрев по всей длине на глубину до 1800 м, любых типов скважин при фонтанном, газлифтном и электромеханическом способе добычи нефти [2].
При этом на скважинах, оборудованных установками электроцентробежных насосов (УЭЦН), срок службы погружного оборудования увеличивался до двух раз (700 и более суток) – за счет безостановочной работы насоса, снижения нагрузки за счет разжижения нефти в лифте скважины. При эксплуатации УЭПС происходит очищение прилегающих трубопроводов, в результате чего одновременно с прекращением дополнительных работ по очистке лифта скважины исключается тепловая обработка выкидных линий и близлежащих (до 500 м) трубопроводов даже при низких (до -40 ºС) температурах [2].
Однако широкому внедрению УЭПС мешают проблемы связанные с электроснабжением. Учитывая, что 1 м нагревательного кабеля потребляет до 60 Вт, для прогрева скважин длиной от 800 до 1800 м, требуется от 48 до 100 кВт резервной мощности, а для куста из 6 скважин до 300 кВт при работе установки прогрева в периодическом режиме. Существующие сети электроснабжения скважин не рассчитаны на передачу такой дополнительной мощности. В качестве альтернативы реконструкции или постройки новых электрических сетей может выступать использование автономных энергокомплексов на базе ветроэлектрических установок (ВЭУ).
Проведенный анализ карты ветров России показывает, что свыше половины территории страны, не охваченной централизованной энергосистемой, обладает высоким ветроэнергетическим потенциалом. В свою очередь низкие показатели ветропотенциала восточносибирского региона могут быть успешно скомпенсированы за счет использования солнечной энергии, а применение фотоэлектрических станций способно значительно повысить эффективность автономных электротехнических комплексов [3]. Комплекс УЭПС с питанием от ветроэлектрической установки приведен на рисунке 1.
Рис. 1. Схема УЭПС с ВЭУ.
Состав электротехнического комплекса электропрогрева скважины с использованием ВЭУ включает в себя:
- ВЭУ с многополюсным генератором на постоянных магнитах, вырабатывающую трехфазный переменный ток (переменной частоты);
- диодный выпрямитель, для получения постоянного тока;
- шкаф управления с DC/DC-преобразователем для регулирования тока и напряжения протекающего в нагревательном кабеле;
- нагревательный кабель (тип питания – постоянный ток); датчики температуры для обратной связи в системе управления.
Заключение
Вырабатываемая ВЭУ мощность зависит от текущей скорости ветра. Таким образом, при использовании ВЭУ в качестве источника электроэнергии для УЭПС, прогрев будет осуществляться в некотором периодическом режиме. Такой режим допустим, и применяется в установках прогрева подключенных к централизованным источникам электропитания для обеспечения рационального расхода электроэнергии.
Литература
1. Макаревич В.Н., Искрицкая Н.И., Богословский С.А. Ресурсный потенциал тяжелых нефтей Российской Федерации: перспективы освоения // Нефтегазовая геология. – 2010. – Т.5. – №2 [электронный ресурс]. http://ngtp.ru/rub/6/29_2010.pdf. (дата обращения: 20.03.2015).
2. АСБУР: электропрогрев скважины [электронный ресурс]. http://asbur.ru/bank_technology. (дата обращения: 21.09.2014).
3. Бельский А.А., Яковлева Э.В. Обоснование возможности использования возобновляемых источников энергии для энергоснабжения объектов минерально-сырьевого комплекса // Альтернативная энергетика и экология, Саров, №02/2 (120), 2013, С. 63-67.
Поступила в редакцию 27.04.2015 г.