Экспериментальное исследование термогидродинамических процессов при фильтрации водонефтяной эмульсии

Abstract

Temperature measurements in downhole conditions (well thermometry) are widely used in monitoring the development of oil and gas reservoirs. With the use of thermometry many oilfield tasks are solved: determination of the working intervals, behind-the-casing flows, casing leakage etc. Variation of temperature in formation is caused by thermodynamic effects: Joule-Thomson and adiabatic. One of the main effects in determining the working intervals by downhole thermometry methods is the Joule-Thomson effect, which is associated with the Joule-Thomson coefficient, characterizing the composition of the fluid flowing from the perforated formation into the well. Therefore, it is necessary to know the value of Joule-Thomson coefficient for different fluids, especially it is important for quantitative interpretation of thermometry data. Currently, the Joule-Thomson coefficient is well studied for various pure fluids and gases, but practically not investigated for emulsions of different types. Meanwhile, the inflow of oil and water from the formation often leads to the formation of emulsion in the bottomhole zone of the formation. Therefore, experimental determination of Joule-Thomson coefficient for such systems and study of thermohydrodynamic processes during emulsion filtration is relevant. The paper presents the results of experimental studies of thermohydrodynamic processes during filtration of emulsion through a choke cell. The description of the experimental setup and the experimental procedure are given. The main design features of the throttle cell, approaches to reduce heat transfer during the movement of fluid through the throttle cell are discussed in detail. The data of experimental studies of temperature and pressure changes during filtration of type “oil in water” – oil dispersion in water and reverse emulsions of type “water in oil” – water dispersion in oil on the throttling cell are given. The paper also obtained estimates of the Joule-Thomson effect for liquids like water, oil and oil-water emulsions.

Температурные измерения в скважинных условиях (термометрия скважин) широко используются при контроле за разработкой нефтегазовых пластов. С использованием термометрии решаются многие нефтепромысловые задачи: определение работающих интервалов, заколонных перетоков, негерметичности обсадной колонны и т. д. Изменение температуры в пласте обусловлено проявлением термодинамических эффектов: Джоуля-Томсона и адиабатического. Одним из основных эффектов при определении работающих интервалов методами скважинной термометрии является эффект Джоуля-Томсона, который связан с коэффициентом Джоуля-Томсона, характеризующим состав притекающего флюида из перфорированного пласта в скважину. Поэтому необходимо знать величину коэффициента Джоуля-Томсона для различных флюидов, особенно это важно при количественной интерпретации данных термометрии. В настоящее время коэффициент Джоуля-Томсона хорошо изучен для различных чистых жидкостей и газов, однако практически не исследован для эмульсий различного типа. Между тем приток нефти и воды из пласта часто приводит к образованию эмульсии в призабойной зоне пласта. Поэтому актуальным является экспериментальное определение коэффициента Джоуля-Томсона для таких систем и изучение термо­гидродинамических процессов при фильтрации эмульсии. В работе приводятся результаты экспериментальных исследований термогидродинамических процессов при фильтрации эмульсии через дроссельную ячейку. Приводится описание экспериментальной установки, методика эксперимента. Подробно рассматриваются основные конструктивные особенности дроссельного элемента, подходы по снижению теплообмена при движении флюида через дроссельную ячейку. Приводятся данные экспериментальных исследований изменения температуры и давления при фильтрации эмульсии типа М/В (дисперсия масла в воде) и обратной эмульсии типа В/М (дисперсия воды в масле) на дроссельной ячейке. В работе также получены оценки эффекта Джоуля-Томсона для таких жидкостей, как вода, масло и эмульсии «масло – вода».