CC BY
29
УДК 621.892.2
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ СВОЙСТВ ПЛАСТОВОЙ НЕФТИ ВАНКОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Н.Ф. Орловская, И.Н. Рубцов
Показано, что неустойчивые породы, вынос в ствол скважины взвешенных частиц глины и песка вместе с возрастающей обводненностью добываемой нефти на ряде скважин Ванкорского месторождения приводят к образованию стойких водо-нефтяных эмульсий, проблемам при эксплуатации скважинного оборудования и транспортировке нефти. Для получения и накопления сведений об условиях формирования наноколлоидов нефти в пласте предлагается использовать разработанный нами программно-аппаратный комплекс по анализу и передаче данных через сеть интернет.
Ключевые слова: нефть Ванкорского месторождения, наноколлоиды, формирование стойких водонефтяных эмульсий, программно-аппаратный комплекс, анализ и передача данных через сеть Интернет.
Исследования, проводившиеся на протяжении последних лет, показали, что природные нефти относятся к наноматериалам, так как они содержат природные нанообъекты (нанофазы), эволюция которых описывается универсальными закономерностями (фазовыми диаграммами) [1]. Это делает возможным применение к нефтям нанотехнологий молекулярной самоорганизации, основанных на подходах супрамолекулярной химии. Такие подходы основаны на управлении структурой фаз нанообъ-ектов путем целенаправленных изменений внешних условий и состава среды. Основной интерес представляют ассоциативные наноколлоиды ас-фальтенов, структурные фазовые превращения которых оказывают наиболее сильное влияние на макроскопические, эксплуатационно-значимые свойства добываемого сырья. Результаты лабораторного изучения добытых нефтей при атмосферном давлении позволили построить диаграмму состояния нанофаз в координатах: температура среды - содержание ас-фальтенов, схема которой показана на рис. 1 [2].
Вязкость, структурные свойства и характер межмолекулярных взаимодействий в водонефтяных эмульсиях определяются величиной температуры формирования этих жидких сред. Формирование при «критических» температурах, близких к 36...38 0С, инициирует структурный фазовый переход, ведущий к изменению размеров и активности молекулярных агрегатов асфальтенов. Эти агрегаты служат связующим материалом в пространственных надмолекулярных структурах, содержащих микрокристаллы парафинов. Долговременная (до месяцев) «память» об условиях формирования эмульсий обусловлена прочностью пространственных структур, содержащих не только водородные, но и ковалентные связи.
Содержание .-кфяпьпюное а нарта. г/Л
Рис. 1. Диаграмма состояния асфальтенов нефти
Действие, оказываемое асфальтенами, определяется, в первую очередь, их способностью к самоассоциации. Наилучшую стабилизацию эмульсий наблюдали при наличии в жидкой среде крупных молекулярных агрегатов асфальтенов. Например, было обнаружено, что в битумных эмульсиях капли воды стабилизированы благодаря отталкиванию между адсорбированными на поверхности капель «монослоями» агрегатов асфальтенов диаметром 8...10 нм. Аналогично, на основании измерений вязкости нефтяных эмульсий был сделан вывод, что стабилизация капель воды асфальтенами осуществляется в результате адсорбции молекулярных агрегатов размером 10 нм. В свою очередь, молекулярные агрегаты ас-фальтенов стабилизируются защитными слоями сольватированных молекул смол. При отсутствии асфальтенов парафины не оказывают воздействия на структурные свойства и стабильность нефтяных и битумных эмульсий. В эмульсиях, не содержащих асфальтенов, микрокристаллы парафинов являются гидрофобными, полностью смачиваются нефтью и равномерно распределены по объему нефтяной фазы. Особая роль молекулярных агрегатов асфальтенов состоит в том, что они адсорбируются на поверхностях кристаллов парафинов, изменяя характер их смачивания. Приобретая гидрофильные свойства, кристаллы парафинов перемещаются к поверхности капель воды, формируя прочные «оболочки» вокруг этих капель [1, 2].
В предыдущей работе [3] на основе физико-химических характеристик ванкорской нефти, содержания в ней смол и асфальтенов, температуры в пласте, содержания воды в образуемой ею устойчивой водонефтяной эмульсии определили, что наноколлоиды асфальтенов ванкорской нефти имеют размер 2.10 нм, и предложили путь разрушения стойких водонеф-тяных эмульсий, образуемых ванкорской нефтью, в которых капельки воды имеют «бронирующие» оболочки, содержащие смолы и механические примеси [3].
Нет сведений о фазовом поведении наноколлоидов в «живой» нефти, в реальных пластовых условиях - это потребует более сложных и дорогостоящих экспериментов. Однако такие данные помогли бы выбрать мероприятия для влияния на коллоидное состояние водонефтяных эмульсий и получение сырой нефти более высокого качества.
Для этого необходимы базы данных условий (температура, давление) и сведения о нефти (плотность, вязкость, механические примеси) в пласте.
Предлагается программно-аппаратный комплекс для анализа условий и поведения нефти в пласте. Для получения данных и их оперативного анализа, а также визуализации предлагаем использовать установленное на буровых установках измерительное оборудование и разработанный авторами программно-аппаратный комплекс для последующей обработки. Данный комплекс позволит получать данные с датчиков, проводить их резервирование и передавать по доступным каналам связи (таким, как wi-fi, сотовая сеть или прямая передача на спутник) на специально созданный сервер в сети Интернет, где можно оперативно получить данные и провести анализ.
Разработанный комплекс состоит из сети проводных и беспроводных модулей сопряжения с установленным оборудованием, независимых датчиков и основного блока - даталоггера, координирующего действие всех приборов. Алгоритм работы позволяет проводить многоступенчатое резервирование данных (в блоке сопряжения, в даталоггере и на сервере в сети Интернет). Таким образом, даже при выходе из строя центрального блока данные будут храниться автономно на каждом блоке сопряжения, откуда их можно будет впоследствии получить.
Для удобства инсталляции приборов на технологическом оборудовании возможно как проводное, так и беспроводное подключение устройств.
Структурная схема приборов представлена на рис. 2.
Для контроля точности времени и сохранности инсталляции дата-логгер размещен в герметичном корпусе и оборудован приемниками сигналов ГНСС Глонасс и GPS. В качестве протокола проводных датчиков используется RS-485, а для беспроводного был выбран стандарт ZigBee на частоте 2,4 Ггц.
Структурная схема даталоггера представлена на рис. 3.
Учитывая, что прибор будет использоваться в отдаленных районах, где доступ к сетям передачи данных ограничен, предлагается использовать прямую передачу на спутниковую группировку IRIDIUM, позволяющую передавать данные с уверенным качеством на всей территории России и большей части мира (рис. 4).
При получении первоначальных «сырых» данных даталоггер проводит их проверку на наличие ошибок и передаёт на специально созданный сервер в сети Интернет для последующей обработки.
226
После этого оператор из любой точки мира через сеть Интернет может получить к ним доступ и даже удаленно изменять режим работы.
Рис. 2. Схема работы аппаратного комплекса
яте
UART
ПК (иБВ)
USB-UART
GSM/GPRS/GPS
Микропроцессор
SPI
MicroSD
Radio Zigbee
ZX
UART
\7
GSM/GPRS/GPS
Рис. 3. Структурная схема даталоггера
Th»rrapdepiet# liidium'i a>p«ebt<ant e.'eov«rog<. butdoo<not wpres«nl a gujrorvl«sof swvk» Th« or>ai ahii'.y of s»rvkaat :h««elge
cft-ieccverajcorceíAictuít« depcndng oi^arioe^coicltion:. PIook rotetf>e Indium«tf4fc«ii notivailsble n 4orth Korw
Рис. 4. Карта покрытия спутниковой группировки Iridium
227
Структура комплекса позволяет ему гибко настравиаться на решение поставленных задач и легко подключать новые датчики при необходимости дополнительного анализа.
Для обработки данных, поступающих не веб-сервер, были разработаны приложения, обеспечивающие получение данных, их проверку и сохранение в базе данных MySQL. Данные приложения также проводят автоматическое резервирование данных для обеспечения сохранности в случае сбоя веб-сервера.
Отдельная группа приложений была создана для работы с клиентским интерфейсом пользователя, позволяющим проводить работу с данными, их визуализацию, экспресс-анализ, а также изменять режимы работы комплекса.
Для работы с прибором была разработана клиентская оболочка, доступная при переходе на специально созданный сайт.
Веб-сайт разработан с возможностью адаптивного просмотра, т.е. в зависимости от устройства, с которого пользователь заходит на сайт (компьютер, планшет или телефон), сайт будет отображаться в определенном виде, удовлетворяющем требованиям удобства использования и читабельности текстов.
Визуализация данных производится в интерактивном режиме, вновь поступающие данные мгновенно отображаются на экране пользователя.
Для обеспечения возможности первоначальной фильтрации данных применяются базовые алгоритмы обработки данных. Приложения, обеспечивающие фильтрацию данных, выполняются на серверной части по следующим причинам: снижение нагрузки на аппаратную часть даталоггера для обеспечения меньшего энергопотребления, возможность работать с параметрами фильтрации в режиме реального времени, многоуровневое копирование сырых и обработанных данных на веб-сервере без риска их потерять и при необходимости восстановить, а также гибкие возможности экспорта данных.
В настоящее время на сервере используются следующие возможности фильтрации: устранение шумов и пиков в массивах данных, фильтр скользящего среднего, среднеквадратичное отклонение.
Также веб-сервер может быть настроен на экстренное оповещение по электронной почти или sms о наступлении критических параметров, требующих реагирования на месте.
Выводы
Использование сведений о влиянии состояния наноразмерных фаз асфальтенов и смол нефти на ее эксплуатационные свойства при разработке нефтегазовых месторождений позволит планировать мероприятия по улучшению внутренней структуры добываемой нефти и разрушению эмульсий пластовой воды в ней.
Для получения и накопления сведений о фазовом поведении нано-коллоидов нефти в реальных пластовых условиях предлагается использовать разработанный авторами программно-аппаратный комплекс по анализу и передаче данных через сеть Интернет.
Список литературы
1. Евдокимов И.Н., Елисеев Н.Ю. Влияние асфальтенов на термические свойства нефтяных и битумных эмульсий // Химия и технология топ-лив и масел. 2002. № 6. C. 26 - 29.
2. Евдокимов И.Н., Лосев А.П. Нефтегазовые нанотехнологии с вовлечением природных нанообъектов добываемого сырья - на пути к «на-ноэкологии» нефтедобычи // Промышленная безопасность и экология. 2009. № 10(43). С. 8 - 11.
3. Применение растворителей и ПАВ для удаления асфальтеносмо-лопарафиновых отложений (АСПО) с технологического оборудования в условиях Ванкорского месторождения / Н.Д. Булчаев, И.Н. Рубцов, Н.Ф. Орловская, Ю.Н. Безбородов // Бурение и нефть. 2015. № 7-8. С. 54 - 57.
Орловская Нина Федоровна, д-р техн. наук, проф., togsmingamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Рубцов Илья Николаевич, асп., 3507777'agmail.com, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
NON-DESTRUCTIVE TESTING OF THE PROPERTIES OF VANKOR OIL
N.F. Orlovskaya, I.N. Rubtsov
Presence of suspended clay and sand particles, water cut ofproduced oil in several wells of Vankor field lead to the formation of persistent oil-water emulsions. The existence of tar and mechanical impurities provides stability of the water drops. It leads to problems in the operation of downhole equipment and oil transport. For receiving and accumulation information about the conditions of formation of colloids of oil is proposed to use the developed hardware system of analysis and data transmission via the Internet.
Key words: Vankor field oil, colloids, formation of persistent oil-water emulsions oxidation, hardware system, analysis and data transmission via the Internet.
Orlovskaya Nina Fedorovna, doctor of technical sciences, professor, togsm-ing@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Rubtsov Ilya Nikolaevich, postgraduate, 3507777'agmail.com, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
