Математическое моделирование процесса солеотложения в эксплуатационной скважине оборудованной УЭЦН

Термодинамика и вообще физическая химия, в состав которой она входит, уже несколько десятилетий рассматриваются в качестве теоретической базы для разработки и применения одного из основных методов исследования геохимических процессов - численного физико-химического моделирования [1]. Но настоящее свое развитие в геологии, особенно в практическом отношении, данное направление получило лишь с начала 90х годов прошлого столетия и начале нового тысячелетия, когда стало возможным массовое применение для этого достаточно мощной компьютерной техники.

В геологии и геохимии под термодинамической системой понимается мысленно выделенная из геологической или иной среды её часть, подвергаемая изу- чению. Такой системой может быть Земля или другое космическое тело, конкретная геологическая структура или геологический объект, изучаемая часть продуктивного пласта, участок нефте- или водопровода, пробирка с пробой пластовой воды, и т.д.

Основой моделирования любых геохимических процессов в настоящее время является уравнение закона действующих масс [2]. Этот закон гласит, что в состоянии химического равновесия отношение произведения активности продуктов реакции, в степени соответствующих стехиометрических коэффициентов, к аналогичному произведению активностей реагентов (исходных веществ) при заданных температуре и давлении есть величина постоянная.

Таким образом, используя закон действия масс можно определить степень равновесия реакции и направление соответствующего геохимического процесса, а затем и осуществить его численное моделирование.

В систему моделирования процесса солеотложе-ния в стволе скважины оборудованной УЭЦН на Вать-еганском месторождении были включены минералы: каолинит, монтмориллонит, арагонит, кальцит, флюорит и др.

Моделирование осуществлялось в две стадии. Данные первой стадии моделирования свидетельствуют о весьма высоком потенциале карбонатного солео-тложения из попутных вод, но не отвечают на вопрос о возможной динамике солеотложения в стволе добывающих скважин, особенно на насосном оборудовании. В этой связи была проведена вторая стадия моделирования, предусматривающая численную имитацию подъема попутной воды, полученной в результате первой стадии расчетов, по стволу скважин, вплоть до условий открытой поверхности.

Во всех изученных случаях возможность отложения карбонатных солей и прогнозируемое их максимальное количество тесно связаны с характером изменения температуры и давления в процессе подъёма водогазонефтяного флюида по стволу скважины [3]. При этом снижение температуры, увеличивая растворимость карбонатных солей и равновесное количество СО2 в растворе, подавляет солеотложение или снижает его интенсивность, тогда как снижение давления напротив инициирует и интенсифицирует данный процесс.

Имеющиеся программы по оптимизации УЭЦН, например, WellFlo-ESP, позволяют оценить изменение температурного профиля и, соответственно, возможность образования отложений на насосе [4]. Данное моделирование является комплексной процедурой. Изначально мы определяем возможность отложения солей в скважине предположив ее эксплуатацию без насосной установки. Далее производим подбор насосного оборудования к данной скважине и строим модель изменения давления и температуры при работе УЭЦН. В конечном итоге получаем профиль прогнозирования солеотложения и можно сделать вывод, что наиболее интенсивное отложение происходит в рабочих органах УЭЦН и в первых НКТ, далее интенсивность отложений снижается по мере поступления к устью.