РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭФФЕКТИВНОГО НАГРЕВА НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ ГРЕЮЩИМ КАБЕЛЕМ, ОСНОВАННОЙ НА ЧИСЛЕННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПРЕНОСА

Костарев Никита Александрович
ПНИПУ
При эксплуатации нефтяных скважин возникает ряд проблем,
связанных с процессами отложения асфальто-смоло-парафиновых
(АСПО) веществ на стенках оборудования. Оценить эффективность того
или иного метода борьбы с АСПО с минимальными затратами позво-
ляет математическое моделирование. Образование асфальто-смоло-па-
рафиновых отложений сильно зависит от температуры. Моделирование
нефтяной скважины позволяет определить распределение температуры
внутри нее и сделать выводы о величине участка возможного отложе-
ния парафинов, эффективности прогрева скважины, а также подобрать
наиболее оптимальный режим работы греющего кабеля. Целью выпол-
нения проекта является разработка математической модели процессов
тепломассопереноса в нефтяной скважине, которая позволит анализи-
ровать распределение температуры внутри скважины, эффективно под-
бирать метод и параметры борьбы с выпадением АСПО. Реализация
разработанной математической модели выполняется путем численного
моделирования.
Результаты проекта могут быть использованы в нефтяной отрасли
при разработке новых месторождений или уже существующих скважин,
оборудованных системой нагрева греющим кабелем. Для новых место-
рождений, результаты проекта помогут подобрать оптимальное обору-
дование и режим его работы для удаления и предотвращения выпаде-
ния асфальто-смоло-парафиновых отложений на этапе разработки, что
позволит снизить затраты. Для эксплуатируемых скважин, можно подо-
брать наиболее оптимальный режим работы греющего кабеля, который
позволит значительно экономить электрическую энергию, затрачивае-
мую на нагрев.
На основе численного моделирования можно с высокой точность
определить распределение температуры внутри нефтяной скважины.
Это позволяет подобрать эффективные параметры депарафинизации
скважины, так как процесс образования АСПО сильно зависит от тем-
пературы. Например, можно подобрать греющий кабель с оптимальной
мощностью нагрева, что снизит стоимость греющего кабеля в срав-
нении со случаем, когда выбран кабель с избыточной мощностью на
основании расчетов с более низкой точностью. Имея распределение

температуры, можно спрогнозировать величину участка образования
АСПО, на этапе разработки скважины, что дает возможность выбрать
необходимую длину греющего кабеля и сэкономить десятки и даже
сотни метров дорогостоящего изделия. Одним из эффективных режи-
мов работы греющего кабеля, является периодический прогрев сква-
жины. В данном случае кабель работает только необходимое время,
для поддержания заданной температуры на устье скважины, а в осталь-
ное время кабель выключен. Были проведены исследования для кабеля
длиной 201 метров с мощностью нагрева 50 Вт/м. В результате было
выявлено, что для предотвращения образования асфальто-смоло-пара-
финовых отложений достаточно использовать кабель в циклическом
режиме, когда 3 часа он будет включен и 8 выключен. При цене элек-
троэнергии равной 3,8 руб/кВТ*ч, работая в таком периодическом
режиме за год будет сэкономлено около 236 тыс. рублей. Для различ-
ных скважин, время работы кабеля, необходимое для предотвращения
образования АСПО будет отличаться. Также с увеличением длины
греющего кабеля, увеличивается потребляемая мощность. Чтобы точно
оценить количество электроэнергии, которое можно сэкономить, необ-
ходимо проводить исследования для конкретной скважины, однако, по
предварительной оценке, можно экономить около 50% электроэнергии
затрачиваемой на обогрев скважины греющим кабелем. Современ-
ные термоэлектрические установки прогрева нефтяных скважин допу-
скают работу в периодическом режиме, однако для определения такого
режима необходим мощный аналитический инструмент коим является
численное моделирование.
В общем виде конструкция установки не отличается от суще-
ствующих на рынке аналогов. В состав входят: станция управле-
ния, греющий кабель, устьевое оборудования для размещения кабеля
внутри скважины, датчик температуры, при необходимости повыша-
ющий трансформатор. Станция управления служит для регулирования
тока, протекающего через греющий кабель. Греющий кабель должен
соответствовать требованиям по прокладке в нефтяных скважинах,
немедленно отключаться при наличии тока утечки.Основное отличие
от аналогов в том, что в станцию управления изначально заложен
оптимальный режим работы для конкретной скважины. Данный режим
определяется в результате численного моделирования и реализу-
ется в качестве алгоритма, выполняемого управляющим устройством,
которое входит в состав станции управления. Установка соответствует
требованиям ГОСТ 12.2.007.0-75, ГОСТ 12.4.026-2001, ГОСТ 14254-96,
ГОСТ Р 51318.11-2006, ГОСТ Р 30804.6.4-2013, ГОСТ р 51321.1-
2007, ПУЭ, ТР ТС 004/2011 « О безопасности низковольтного оборудо-

вания», ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических
устройств», «Правила безопасности в нефтяной и газовой промыш-
ленности» (приказ Ростехнадзора №101 от 12.03.2013 г.). Установка
предназначена для работы на открытом воздухе в условиях регламен-
тированных для климатического исполнения УХЛ1 по ГОСТ 15150-69.
Транспортирование и хранение установки должны соответствовать
требованиям ГОСТ 18690, ГОСТ 15150.
Областью применения результатов проекта является нефтедобываю-
щая промышленность. Результаты проекта будут востребованы как при
разработке новых месторождений, так и для уже действующих сква-
жин, оборудованных греющим кабелем. Помимо разработки оптималь-
ного режима прогрева скважины, численное моделирование позволяет
оценить эффективность различных тепловых методов депарафинизации
скважин. Например, промывка нефтяных скважин горячим теплоноси-
телем, использование призабойного нагревателя и др. Это позволяет
расширить область применения исследований, заложенных в проект.