Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

Оказалось, что для изношенных долот X p > 3, Xg 5. Эти неравенства являются, наряду с рисунками вида 1.25-1.26, диагностическими критериями, определяющими состояние бурового оборудования.

1.5. Управление процессами нефтегазодобычи с помощью малых физических полей

В последние годы получены убедительные свидетельства возможности влияния слабых электрических и магнитных полей на технологические процессы.

Эти эффекты возможны, только если существуют некие механизмы, усиливающие влияние малых полей. По нашему мнению, такими «усилителями» являются неустойчивости, сопровождающие процессы в сложных природных системах, обладающих многими точками бифуркации.

Синергетика показала, что неустойчивость является символом нашего физического мира и что именно неустойчивость и флуктуации отвечают за поразительное многообразие и богатство окружающих нас форм и структур.

В мире нустойчивостей единая система расслаивается на две подсистемы, одна из которых называется динамической, а вторая - управляющей или информационной подсистемой [45]. Элементы управляющей подсистемы могут сильно влиять на динамику всей системы сравнительно малыми возмущениями (сигналами).

Таким образом, эффективное управление сложными объектами может быть осуществлено на пути создания иерархических систем с информационным поведением. В частности, богатые возможности для этого кроются в использовании малых физических полей.

Классическим полем, на котором «царствуют» малые величины, является область фазовых переходов. Именно в точке рождения новой фазы малые физические поля могут сослужить роль «спускового крючка», радикально влияющего на ход всего процесса. Так, весьма ощутимо влияние магнитного поля на процесс кристаллизации перенасыщенных растворов [46]. Показано, что магнитное поле значительно увеличивает скорость кристаллизации (до двух раз), что представляет большой интерес для интенсификации технологических процессов получения и очистки веществ путем кристаллизации из растворов.

На что конкретно действуют слабые электромагнитные поля? Одними из возможных «агентов влияния» могут служить двойные электрические слои, формирующиеся на границах раздела фаз. Так, экспериментально установлено [47], что при кристаллизации воды и водных растворов, а также ряда других диэлектриков на границе фаз образуется двойной электрический слой, состоящий из примесных ионов. Он вызывает появление

значительной (до сотни вольт) разности потенциалов между твердой и жидкой фазами - так называемого потенциала замерзания (эффект Ворк-мана-Рейнольдса). Неравномерное движение фазовых границ в процессе роста кристаллов вызывает собственное электромагнитное излучение, взаимодействующее с внешним магнитным полем. Это и может привести к обратному влиянию внешних полей на процесс кристаллизации.

Теоретические и практические исследования по электромагнитной обработке базируются на современной теории устойчивости и коагуляции дисперсных систем Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (теория ДЛФО), которая рассматривает агрегативную устойчивость как результат баланса вандерваальсовых сил и сил электростатического отталкивания между дисперсными частицами [48, 49]. Влияние электромагнитных полей на характеристики сложных систем объясняется такими эффектами, как поляризация двойных электрических слоев, электрофорез, структурообразование в неполярных и полярных средах и т. д. [50].

Многими исследователями отмечалась существенная роль физических полей в процессах массопереноса в пористых средах [51]. Такие эффекты тесно связаны с образованием двойного электрического слоя и электризацией жидкости при движении ее относительно твердой поверхности. Источником дополнительной электризации жидкости при движении в пористых средах является наличие в ней второй фазы (пузырьков газа, частиц песка, парафина и др.), что увеличивает число активных частиц, являющихся центрами образования двойных электрических слоев.

В работе М. И. Давидзона [52] влияние магнитного поля на воду объясняется электрическими полями, возникающими при движении диамагнитных сред в магнитном поле. Таким образом, электрические и магнитные эффекты взаимосвязаны друг с другом.

На физическом уровне «отклик» жидкости на электромагнитную обработку может быть изучен методами радиоспектрометрии [53]. Так, изучение спектров ЭПР (электронного парамагнитного резонанса) показало, что электро-, магнито- и барообработка гетерогенных сред приводит к существенному изменению концентрации парамагнитных центров, сопоставимому с изменениями, имеющими место при термообработке этих же сред. (Напомним, что упомянутые физические поля называются малыми из-за малости энергий, связанных с ними, по сравнению с энергией теплового движения.)

Для примера на рис. 1.27 приведен график изменения интенсивности линии поглощения J (в долях от исходной интенсивности), полученный при исследовании методом ЭПР образца нефти после обработки его электрическим полем.

Как видим, электрообработка приводит к уменьшению J в два раза. С течением времени эффект обработки «затухает».

0 t, Ю3 c

Рис. 1.27. Изменение интенсивности линии поглощения нефти после обработки электрическим полем

Под руководством одного из авторов на протяжении многих лет ведутся работы по применению физических полей для повышения эффективности процессов нефтегазодобычи. В результате разработан ряд ресурсосберегающих технологий, позволяющих повысить производительность добывающих и приемистость нагнетательных скважин, эффективно бороться с коррозией, парафиноотложением, управлять процессом солеотло-жения и т. д. Рассмотрим некоторые конкретные примеры.

1.5.1. Влияние электромагнитных полей на движение гетерогенных сред

Многочисленные эксперименты показывают, что обработка вытесняющего агента электромагнитными полями может позволить значительно увеличить полноту вытеснения нефти из пористой среды [54]. Так, на рис. 1.28 приведены зависимости коэффициента вытеснения в от

времени, полученные с помощью простой (кривая 1) и электрообработанной (кривая 2) воды. Опыты проводились на модели пласта, представляющей собой колонку высокого давления, наполненную смесью кварцевого песка (70%) с монтмориллонитовой глиной (30%). Колонка насыщалась трансформаторным маслом, которое затем вытеснялось водой типа «Шаллар». Электрообработка производилась конденсатором, на обкладках которого создавалась напряженность 3000 В/м. Как видим, обработка воды приводит к существенному увеличению коэффициента вытеснения.