RU2751024C2

RU2751024C2 - Method for ion-plasma pulse action on low-watered oil and device for its implementation

Info

Publication number: RU2751024C2
Application number: RU2019145739A
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Соловьев; Магомед Шавалович Минцаев; Вадим Викторович Лыков; Магомед Ярагиевич Пашаев; Любовь Ширваниевна Махмудова
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-07-07
Also published as: RU2019145739A3; RU2019145739A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry, in particular to methods for intensifying the production of viscous oil. In particular, a method of ion-plasma pulse action on low-watered oil is proposed, including the processes of pumping a conductive liquid into it and passing through electrodes immersed in it, connected to sources of direct electric current and an electric pulse signal, and creating electrolysis processes and electrical discharges through the injected liquid to ensure the mode of electrochemical and ion-plasma processes in it. In this case, an electrolyte-oxidizer in the form of a suspension or a gel, including a gas-filled one, is used as a conductive liquid, which, through a capillary channel acting as a current conductor and placed in a cable connecting the electrodes and the signal source, is pumped directly into the discharge chamber formed by the cavity between an external tubular electrode and an internal tubular electrode of the coaxial discharge head through a channel in its internal electrode. The specified electrolyte-oxidizing agent enters into an exothermic chemical reaction with the products of high-temperature cracking and electrocracking of oil, formed as a result of ion-plasma processes in the discharge chamber under the influence of electric pulse signals. In this case, constant electric current is additionally used for the galvanic transfer of a substance from the outer electrode to the inner electrode. A device for implementing this method is also proposed.

EFFECT: increased oil recovery of wells due to the decomposition of formation waters, residual oil, oil bitumen, mineral clots and due to the depression-repression mode of the shock wave impact on the tubing walls and on the reservoir.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к способам интенсификации добычи вязкой нефти.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to methods for intensifying the production of viscous oil.

Известен способ получения из нефти ее легких фракций с помощью высокотемпературного крекинга под высоким давлением, а также последующего пиролитического расщепления полученных фракций под действием электрических разрядов - электрокрекинга (Смидович Е.В., в кн.: Технология переработки нефти и газа, 3-е изд., ч. 2, М., 1980).A known method of obtaining from oil its light fractions using high-temperature cracking under high pressure, as well as the subsequent pyrolytic cleavage of the resulting fractions under the action of electrical discharges - electrocracking (Smidovich E.V., in the book: Technology of oil and gas processing, 3rd ed. ., Part 2, M., 1980).

Известен также способ, являющийся наиболее близким аналогом заявленного (патент РФ 2213860, МПК Е21В 43/25, 2003 г.), ионно-плазменного воздействия на нефтяной пласт на уровне перфорации скважины, в котором пропускают постоянный электрический ток напряжением 90-300 В, плотностью 0,1-1 А/см² через закачиваемую в скважину минерализованную воду плотностью не менее 1,12 г/см³. На пласт периодически через каждые 25-30 мин осуществляют импульсное воздействие электрическими разрядами в виде 3-5 следующих друг за другом импульсных разрядов, формируемыми в разрядной камере ионно-плазменного генератора из электрода-анода и электрода-катода для обеспечения репрессионно-депрессионного режима. Длительность каждого разряда до 100 мкс. Энергия - больше 100 Дж. Скважность - не более 5. Импульсное воздействие осуществляют без прерывания ионно-плазменного процесса при непрерывной промывке скважины минерализованной водой. После завершения импульсного воздействия открывают затрубное пространство и за счет прокачки минерализованной воды из забойной зоны скважины удаляют продукты разложения и расплавления. Интенсифицируется добыча нефти за счет дополнительного воздействия на призабойную зону пласта импульсными электрическими разрядами.There is also known a method that is the closest analogue of the claimed (RF patent 2213860, IPC E21B 43/25, 2003), ion-plasma impact on the oil reservoir at the level of perforation of the well, in which a direct electric current with a voltage of 90-300 V, density 0.1-1 A / cm ² through the mineralized water pumped into the well with a density of at least 1.12 g / cm ³ . Periodically, every 25-30 minutes, the formation is pulsed with electric discharges in the form of 3-5 consecutive pulsed discharges formed in the discharge chamber of the ion-plasma generator from the anode electrode and the cathode electrode to provide a repression-depression mode. The duration of each discharge is up to 100 μs. Energy - more than 100 J. Duty cycle - no more than 5. Impulse action is carried out without interrupting the ion-plasma process with continuous flushing of the well with saline water. After the end of the impulse action, the annulus is opened and by pumping saline water from the bottomhole zone of the well, the products of decomposition and melting are removed. Oil production is intensified due to additional impact on the bottomhole formation zone by pulsed electric discharges.

Недостатком данного способа является возможность обработки только призабойной зоны и только с прерыванием процесса добычи нефти, необходимость закачивания в скважину больших объемов минерализованной воды и ее последующей прокачки для удаления продуктов разложения, необходимость размещения оборудования в призабойной зоне.The disadvantage of this method is the ability to process only the bottomhole zone and only with the interruption of the oil production process, the need to pump large volumes of saline water into the well and then pump it to remove decomposition products, the need to place equipment in the bottomhole zone.

Известна конструкция высоковольтного коаксиального разрядника, описанного в монографии «Электрические разряды в воде» К.А. Наугольных, Н.А. Рой. Изд-во «Наука», 1971 г., стр. 27. Его коаксиальные электроды, вмонтированные один в другой, разделены изолирующей втулкой, причем центральный электрод выступает из изолирующей втулки, а втулка выступает из внешнего электрода. Возникновение разрядов происходит между кромками на торцах электродов. Такая конструкция разрядника не обеспечивает инициацию пробоя малообводненной или вязкой нефти.The known design of a high-voltage coaxial spark gap described in the monograph "Electric discharges in water" by K.A. Naugolnykh, N.A. Roy. Publishing house "Nauka", 1971, p. 27. Its coaxial electrodes, mounted one into the other, are separated by an insulating sleeve, with the central electrode protruding from the insulating sleeve, and the sleeve protruding from the outer electrode. The emergence of discharges occurs between the edges at the ends of the electrodes. This design of the arrester does not provide the initiation of the breakdown of low-water-cut or viscous oil.

Технический результат заключается в том, что предложенный способ позволяет производить воздействие на малообводненную нефть без необходимости прерывания процесса добычи и без необходимости заполнения нефтяной скважины минерализованной жидкостью, при этом обеспечивается гарантированное соблюдение параметров электролизных и разрядных процессов, не зависящих от состава нефти и ее электрофизических свойств, и возможность использования импульсных сигналов относительно невысокого напряжения - до 10 кВ.The technical result consists in the fact that the proposed method makes it possible to influence low-water-cut oil without the need to interrupt the production process and without the need to fill the oil well with a saline liquid, while ensuring the guaranteed compliance with the parameters of electrolysis and discharge processes that do not depend on the composition of the oil and its electrophysical properties, and the possibility of using pulse signals of relatively low voltage - up to 10 kV.

Также данным способом обеспечивается протекание экзотермических реакций окисления продуктов высокотемпературного и электрокрекинга, образующихся за счет теплового и электроразрядного воздействия на нефть, а также снижение износа разрядных электродов и межэлектродного изолятора под воздействием разрядов высокой мощности, вызывающих электроэрозионные процессы. В свою очередь обработка возможна как на всем протяжении насосно-компрессорной трубы (НКТ), так и в межтрубном пространстве и призабойной зоне.This method also ensures the occurrence of exothermic reactions of oxidation of the products of high-temperature and electrocracking, formed due to thermal and electric-discharge effects on oil, as well as a decrease in the wear of the discharge electrodes and interelectrode insulator under the influence of high-power discharges, which cause electrical discharge processes. In turn, processing is possible both along the entire length of the tubing (tubing), and in the annulus and bottomhole zone.

Технический результат достигается тем, что в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ электролизного и электроразрядного воздействия на нефтяную среду с высокими электроизоляционными свойствами с помощью коаксиальной электроразрядной камеры малого объема, образованной полостью между внешним трубчатым электродом и внутренним трубчатым электродом коаксиальной разрядной головки, и в которую для инициации электрических и разрядных процессов в межэлектродной области по кабельному капилляру через сопло в центральном электроде нагнетается электролит в виде суспензии или геля, чем обеспечивается электропроводность среды в ней, определяемая характеристиками электролита в его смеси с нефтью.The technical result is achieved in that, in accordance with the first aspect of the present invention, there is provided a method for electrolysis and electric discharge impact on an oil environment with high electrical insulating properties using a coaxial electric discharge chamber of small volume formed by a cavity between the outer tubular electrode and the inner tubular electrode of the coaxial discharge head, and which, to initiate electrical and discharge processes in the interelectrode region, an electrolyte in the form of a suspension or a gel is pumped through a cable capillary through a nozzle in the central electrode, which ensures the electrical conductivity of the medium in it, which is determined by the characteristics of the electrolyte in its mixture with oil.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения в состав электролита вводят окислитель в одном из агрегатных состояний вещества, который вступает в реакцию окисления с продуктами высокотемпературного крекинга нефти и следующего за ним электрокрекинга его продуктов в более легкие.In accordance with the second aspect of the present invention, an oxidizing agent is introduced into the electrolyte in one of the states of aggregation, which enters into an oxidation reaction with the products of high-temperature cracking of oil and subsequent electrocracking of its products into lighter ones.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения в промежутках времени между импульсным воздействием обеспечивают гальванический перенос металла с внешнего, более массивного электрода, на внутренний, менее массивный, образуя на его контактной поверхности слой вещества в известном количестве, компенсирующем его расход в результате электроэрозионных процессов в результате электроразрядов большой мощности, обеспечивая тем самым равномерность расходования электродов.In accordance with the third aspect of the present invention, in the intervals between the impulse action, the galvanic transfer of the metal from the outer, more massive electrode to the inner, less massive electrode is provided, forming on its contact surface a layer of substance in a known amount that compensates for its consumption as a result of electroerosive processes as a result high power electric discharges, thereby ensuring uniform consumption of electrodes.

Для достижения указанных технических результатов в соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения коаксиальную электроразрядную камеру выполняют в виде кабельного наконечника с диаметральными размерами, сопоставимыми с диаметром самого кабеля, чем обеспечивают возможность опускать их в НКТ или межтрубное пространство через специальные штатные приспособления.To achieve these technical results in accordance with the fourth aspect of the present invention, the coaxial electric discharge chamber is made in the form of a cable lug with diametrical dimensions comparable to the diameter of the cable itself, which makes it possible to lower them into the tubing or the annular space through special standard devices.

Сущность заявляемого способа ионно-плазменного импульсного воздействия на малообводненную нефть демонстрируется чертежами (фиг. 1-4).The essence of the proposed method of ion-plasma pulse impact on low-water-cut oil is shown by the drawings (Fig. 1-4).

На фиг. 1 показан возможный вариант исполнения коаксиального кабельного наконечника, присоединенного к грузонесущему кабелю для введения его в пространство насосно-компрессорной трубы (НКТ) или в межтрубное пространство и призабойную зону. Элементы соединения могут иметь различное исполнение, наиболее соответствующее выбранному типу кабеля.FIG. 1 shows a possible embodiment of a coaxial cable lug connected to a load-carrying cable for its introduction into the space of the tubing (tubing) or into the annular space and the bottomhole zone. The connection elements can be of various designs, which best suits the selected type of cable.

К грузонесущему коаксиальному или геофизическому кабелю 6, имеющему в своем составе выполненный в центральной токоведущей жиле 10 капиллярный канал 9 для подачи электролита или электролита-окислителя, в качестве которого может выступать растворы солей в воде, с помощью кабельного соединителя 5 присоединяется коаксиальный кабельный наконечник 2, имеющий внутренний тугоплавкий, например гафниевый, центральный электрод 4 с выходным отверстием 8 подачи электролита, и внешний трубчатый электрод 2, роль которого выполняет металлический корпус наконечника. Электроды разделены между собой термостойким изоляционным материалом 3, например керамикой. Центральный электрод 4 должен иметь выступающий за изолятор 3 наконечник центрального электрода 7, через который и происходит разряд. При воздействии на малообводненную нефть сигналов с амплитудой напряжения менее 10 кВ, приложенного к электродам 2 и 4, не хватает для возникновения электролизных и разрядных процессов вследствие высокой электроизоляционной способности такой нефти, в связи с чем камеру 1 заполняют веществом, обладающим требуемой электропроводностью, нагнетая его по капиллярному каналу 9 в кабеле 6 через выходное отверстие 8 в наконечнике 7 центрального электрода 4.To the load-carrying coaxial or geophysical cable 6, which has a capillary channel 9 made in the central current-carrying conductor 10 for supplying an electrolyte or an oxidizing electrolyte, which can be salt solutions in water, a coaxial cable lug 2 is connected using a cable connector 5, having an internal refractory, for example hafnium, a central electrode 4 with an outlet 8 for supplying electrolyte, and an external tubular electrode 2, the role of which is played by the metal body of the tip. The electrodes are separated from each other by a heat-resistant insulating material 3, for example, ceramics. The central electrode 4 should have a tip of the central electrode 7 protruding beyond the insulator 3, through which the discharge occurs. When low-water-cut oil is exposed to signals with a voltage amplitude of less than 10 kV applied to electrodes 2 and 4, it is not enough for the occurrence of electrolysis and discharge processes due to the high electrical insulating capacity of such oil, and therefore chamber 1 is filled with a substance having the required electrical conductivity, pumping it through the capillary channel 9 in the cable 6 through the outlet 8 in the tip 7 of the central electrode 4.

На фиг. 2 показан наконечник, погруженный в нефть 16 в трубе НКТ 14, с разрядной камерой, заполненной электролитом 15, способным удерживаться внутри камеры 1 за счет сил поверхностного натяжения, действующих относительно силы выдавливания электролита и образуя вогнутый мениск поверхности на торцах камеры 1. В таком состоянии через электролит 15 между наконечником 7 центрального электрода 4 и внешним электродом 2 протекает постоянный ток, поступающий по токоведущим жилам 10 и 12 кабеля 6, вызывающий электролизные и гальванические процессы, в результате которых обеспечивается перенос материала с поверхности внешнего электрода 2 на поверхность наконечника 7 центрального электрода 4 и выделение газообразных водорода и кислорода.FIG. 2 shows a tip immersed in oil 16 in a tubing pipe 14, with a discharge chamber filled with electrolyte 15 capable of being held inside chamber 1 by surface tension forces acting relative to the electrolyte squeezing force and forming a concave surface meniscus at the ends of chamber 1. In this state through the electrolyte 15 between the tip 7 of the central electrode 4 and the external electrode 2, a direct current flows through the current-carrying conductors 10 and 12 of the cable 6, causing electrolysis and galvanic processes, as a result of which the transfer of material from the surface of the external electrode 2 to the surface of the tip 7 of the central electrode 4 and the evolution of gaseous hydrogen and oxygen.

На фиг. 3 показан возбужденный наконечник, когда подготовлены условия для возникновения электрического пробоя в образовавшейся в результате электролизных процессов в камере 1 парофазовой оболочки 17. Для инициирования пробоя на постоянный ток, протекающий между центральным 4 и внешним 2 электродами, накладывается последовательность импульсов переменного тока звуковой частоты с амплитудой напряжения 4-10 кВ.FIG. 3 shows an excited tip, when conditions are prepared for the occurrence of an electrical breakdown in the vapor-phase shell formed as a result of electrolysis processes in the chamber 1. To initiate a breakdown, a direct current flowing between the central 4 and external 2 electrodes is superimposed on a sequence of alternating current pulses of an audio frequency with an amplitude voltage 4-10 kV.

На фиг. 4 показан процесс возникновения разряда 19 в парогазовой оболочке 17, происходящего между центральным электродом 4 и внешним электродом 2 при воздействии высоковольтных импульсов. При этом амплитуда разрядного тока находится в пределах 100-500 А, обеспечивая мгновенную мощность 0,4-5 МВт. Разрядный процесс сопровождается скачкообразным ростом давления и температуры в полости разрядной камеры 1, происходит интенсивный выброс из нее продуктов взаимодействия и очищение. Известно, что высокие температуры в разрядном промежутке инициируют высокотемпературный крекинг нефти с выделением легких горючих фракций, а одновременное воздействие импульсами высокого напряжения сопровождается электрокрекингом, в результате которых выделяются легкие фракции углеводородов, которые в свою очередь вступают в химическую реакцию с окислителем, поступающим в составе электролита, и с кислородом, выделяющимся в результате электролизных процессов. В результате окислительных реакций происходит выделение известного количества тепла. Частота повторения разрядных процессов зависит от параметров электрического воздействия и конкретных условий образования парогазовой фракции.FIG. 4 shows the process of the discharge 19 in the vapor-gas shell 17, occurring between the central electrode 4 and the external electrode 2 when exposed to high-voltage pulses. In this case, the amplitude of the discharge current is in the range of 100-500 A, providing an instantaneous power of 0.4-5 MW. The discharge process is accompanied by an abrupt increase in pressure and temperature in the cavity of the discharge chamber 1, there is an intense release of interaction products from it and purification. It is known that high temperatures in the discharge gap initiate high-temperature cracking of oil with the release of light combustible fractions, and the simultaneous exposure to high voltage pulses is accompanied by electrocracking, as a result of which light fractions of hydrocarbons are released, which, in turn, enter into a chemical reaction with the oxidant entering the electrolyte. , and with oxygen released as a result of electrolysis processes. As a result of oxidative reactions, a known amount of heat is released. The repetition rate of the discharge processes depends on the parameters of the electrical effect and the specific conditions for the formation of the vapor-gas fraction.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Предложен коаксиальный разрядный наконечник, присоединяемый к кабелю, содержащему в своем составе капилляр для подачи электролита-окислителя. Наконечник содержит центральный трубчатый электрод 4, соединяемый с капилляром, и внешний трубчатый электрод 2, электрически изолированные друг от друга втулкой 3. На конце наконечника расположена кольцеобразная разрядная полость 1, образованная за счет того, что внешний электрод 2 выступает за торец изолирующей втулки 3 на расстояние, равное высоте полости 1. При этом внутренний центральный электрод 4 выступает за торец изолирующей втулки 3 на расстояние которым определяется площадь электролизного контакта, и которое формируется в процессе горения.The proposed method is carried out as follows. A coaxial discharge tip connected to a cable containing a capillary for supplying an oxidizing electrolyte is proposed. The tip contains a central tubular electrode 4, connected to the capillary, and an external tubular electrode 2, electrically isolated from each other by a sleeve 3. At the end of the tip, there is an annular discharge cavity 1 formed due to the fact that the outer electrode 2 protrudes beyond the end of the insulating sleeve 3 on a distance equal to the height of the cavity 1. In this case, the inner central electrode 4 protrudes beyond the end face of the insulating sleeve 3 at a distance which determines the area of the electrolysis contact, and which is formed during combustion.

Claims

1. The method of ion-plasma pulse action on low-water-cut oil, including the processes of pumping a conductive liquid into it and passing through electrodes immersed in it, connected to sources of constant electric current and an electric pulse signal, and creating electrolysis processes and electric discharges in the discharge chamber between the electrodes through the injected liquid to ensure the mode of electrochemical and ion-plasma processes in it, characterized in that an electrolyte-oxidizer in the form of a suspension or gel is used as a conductive liquid, including a gas-filled one, which through a capillary channel, which can act as a current conductor and is placed in connecting the electrodes and the signal source to the cable, is pumped directly into the discharge chamber formed by the cavity between the outer tubular electrode and the inner tubular electrode of the coaxial discharge head, through a channel in its inner electrode, and which enters into an exotherm chemical reaction with the products of high-temperature cracking and electrocracking of oil, formed as a result of ion-plasma processes in the discharge chamber under the influence of electrical impulse signals, and a constant electric current is additionally used for the galvanic transfer of a substance from the external electrode to the internal electrode.

2. A device for implementing the method according to claim 1, which is a discharge cable lug, consisting of inner and outer electrodes located coaxially and separated by an insulating sleeve, characterized in that it has a discharge cavity at its end, consisting of an annular and cylindrical parts, the inner electrode is longer than the insulating sleeve by the height of the annular part of the cavity, and the outer electrode is longer than the inner one by the height of the cylindrical part of the cavity, the inner electrode is tubular and connected to the outlet of the capillary channel in the supply cable.

3. The device according to claim 2, characterized in that the outer surface of the external electrode has an electrically insulating coating.

4. The device according to claim 3, characterized in that the inner surface of the outer electrode has an electrically insulating coating.

5. The device according to claim 2, characterized in that the surface of the inner electrode has an electrically insulating coating.