Ученые из Пермского научно-исследовательского политехнического университета разработали модель, позволяющую оптимизировать длину нагревателя для добычи нефти высокой вязкости. Результаты исследования помогут снизить издержки при эксплуатации скважин с помощью электрических центробежных насосов.

Добыча высоковязкой нефти происходит с использованием электрического призабойного нагревателя — устройства, расположенного в призабойной зоне скважины ниже подвески центробежного насоса. Устройство позволяет повысить температуру нефти и тем самым снизить ее вязкость, в результате чего уменьшается нагрузка на электрический центробежный насос, для которого существует критический максимум вязкости перекачиваемой жидкости. Нарушение этого предела может привести к поломке оборудования и прекращению нефтедобычи.

Чтобы предотвратить этот риск, нефтяники используют математические модели, которые позволяют оценить распределение температуры на стенке насосно-компрессорной трубы и определить участок возможного отложения смол и парафинов. Однако такие модели, как правило, не позволяют изучить течение нефти через перфорационные отверстия, которые обеспечивают гидродинамическое соединение пласта со скважиной.

Снять это ограничение позволяет трехмерная модель ученых Пермского политеха, которая описывает перемещение тепла и нефти в скважине и при этом учитывает область с перфорированной трубой. Авторы исследования выяснили, что наибольшей скорости нефть достигает вблизи перфорированных отверстий около нагревателя и центробежного насоса, а наименьшей вязкости — в центре потока.

Расчеты позволили вычислить необходимую длину нагревателя, которой будет достаточно для обеспечения стабильной перекачки жидкости. Авторы сравнили несколько нагревателей разной мощности и длины, поддерживая при этом одинаковую температуру (122 градуса Цельсия). Эксперименты показали, что нагрев нефти устройством длиной в 1 метр протекает быстрее на участке от нуля до двух метров, поскольку удельная мощность (количество энергии по отношению к массе или объему) у этого нагревателя выше, чем у аппаратов длиной в 3 и 5 метров.

«Мы выяснили, что использование в перфорированной скважине нагревателя с наибольшей мощностью позволяет повысить температуру нефти на входе в электрический центробежный насос до 60°С, а значение вязкости снизить до 0,7 Па*с. Это более чем в 14 раз ниже начальной вязкости нефти. Наша модель позволила детально описать характер течения и теплообмен на участке скважины с низкой производительностью и высоковязкой нефтью», — цитирует Пермский политех одного из авторов исследования, кандидата технических наук Никиту Костарева.