Исследовательская инициатива выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Вызовы добычи трудноизвлекаемой нефти
Более половины российских запасов углеводородов представляет собой высоковязкую нефть, чья добыча значительно сложнее средне- и маловязких аналогов. Ключевыми факторами вязкости выступают примеси и высокая концентрация тяжелых фракций: смол, асфальтенов и парафинов.
Современные технологии и их ограничения
Для разработки таких месторождений применяют электропогружные насосы, создающие давление для подъёма сырья. Однако повышенная вязкость вызывает критическую перегрузку оборудования. Существующее решение — установка нагревателей в призабойной зоне — снижает вязкость при термовоздействии, стабилизируя работу насосов.
Ключевой задачей является поддержание точного температурного режима, обеспечивающего бесперебойную работу техники и стабильную добычу.
Инновационное моделирование процессов
Команда Пермского Политеха разработала трёхмерную компьютерную модель, детализирующую процессы в скважине с нагревателем. Учётная система включает саму скважину, перфорированную насосно-компрессорную трубу и нагревательный элемент цилиндрической конфигурации. Анализируются распределение температур, скоростные показатели потоков, динамика вязкости и рабочие параметры оборудования.
Данный подход позволил определить оптимальную мощность нагревателей для конкретных месторождений, оценить влияние их длины и критические эксплуатационные пределы.
Практические результаты испытаний
Учёные исследовали нагреватели трёх модификаций: длиной 1 м (1 кВт), 3 м (1.75 кВт) и 5 м (2.25 кВт) при фиксированной рабочей температуре 122°C. Экспериментально подтверждён максимальный порог эксплуатации — 125°C, превышение которого ведёт к перегреву и поломкам.
— При метровом нагревателе нефть интенсивнее прогревается в начальном сегменте трубы благодаря повышенной удельной мощности. Для всех типов оборудовании характерна идентичная тепловая динамика: быстрый рост температуры с последующим плавным спадом, — комментирует Наталья Труфанова, заведующая кафедрой ПНИПУ, д.т.н.
Оптимизация добывающего процесса
Моделирование выявило прямую зависимость температуры сырья на входе в насос от параметров нагревателя:
1 м / 1 кВт: +39.11°С
3 м / 1.75 кВт: +52.39°С
5 м / 2.25 кВт: +60.18°С
Рост температуры снижает вязкость пропорционально. Наиболее мощная комбинация демонстрирует максимальный эффект. Эксперты подчеркивают: выбор оборудования зависит от характеристик насосов. В ряде случаев компактные нагреватели менее эффективны, чем 3-5-метровые аналоги.
Преимущества для нефтегазовой отрасли
— Наибольшая мощность нагревателя (2.25 кВт) повышает температуру нефти на 60°C, уменьшая вязкость в 14 раз. Это настоящий прорыв! — делится Дмитрий Пинягин, аспирант кафедры ПНИПУ.
Разработка учёных Пермского Политеха позволяет прогнозировать температурные и вязкостные показатели на любом участке скважины. Технология помогает рассчитать идеальные параметры нагревателей для защиты насосного оборудования, снижения затрат на освоение месторождений и многократного повышения эффективности нефтедобычи.
