Рассмотрены проблемы комплексного использования нетрадиционных ресурсов углеводородного сырья Республики Казахстан - природных битумов и тяжелых нефтей. Нефть, добываемая в Казахстане, в основном высоковязкая, тяжелая, относится к категории нетрадиционных ресурсов с высокими содержаниями металлов, особенно ванадия и никеля, которые ассоциируют в нефтях с асфальтово-смолистыми компонентами. Эти свойства нефти существенно снижают коэффициент ее извлечения, в связи с чем разработка методов повышения коэффициента извлечения нефти, является актуальной и значимой задачей. Описана разработанная автором и коллективом исследователей Казахского национального технического университета им. К. Сатпаева технология повышения коэффициента извлечения нефти, в основе которой лежит резонансно-волновое воздействие (РВВ) на высокомолекулярные соединения нефти. Применение РВВ вызывает деструкцию высокомолекулярных соединений, что приводит к заметному снижению вязкости, увеличению содержания низкомолекулярных соединений и способствует интенсификации добычи высоковязкой нефти.

Проведено теоретичні дослідження пульсаційно-хвильових явищ, зокрема кавітації, яку штучно створюють у потоці робочої рідини при проходженні нею через гідродинамічний кавітатор. Експериментально визначено характер пульсацій потоку робочої рідини, який полягає у зменшенні величин тиску на виході з вихрової камери з амплітудою від 0,21 до 0,28 МПа і частотою від 10 до 12 Гц. Встановлено, що виникнення кавітації на виході з гідродинамічного кавітатора спричиняє руйнування просторової структури високов'язкої нафти, розривання її полімолекулярних ланцюгів і призводить до зниження її в'язкості.

Надано експериментальні дослідження роботи гідродинамічного пульсатора та визначення інтенсивності ультразвукового поля, яке створюється цим пристроєм, і його вплив на параметри високов'язкої нафти Коханівського родовища. Описано вдосконалену конструкцію гідродинамічного пульсатора, який застосовується в технологічній схемі під час піднімання високов'язких нафт з свердловин на денну поверхню.

Наведено класифікацію генераторів гідродинамічних коливань тиску, представлено схеми будови генераторів різних модифікацій і принципи їх роботи, розглянуто механізм виникнення імпульсно-хвильових процесів у свердловинних умовах та можливість їх практичного використання з метою інтенсифікації видобування високов'язких нафт. Описано ефекти, які виникають у пористому середовищі продуктивних пластів внаслідок роботи генераторів ультразвукових коливань. Наголошено, що вони будуть ефективними лише тоді, коли інтенсивність коливань достатня і основним у цьому є розробка, випробування та впровадження потужних і довговічних генераторів акустичного поля. Наведено формули, за якими можуть бути розраховані такі параметри оцінки роботи генераторів, як частота коливань, доза ультразвуку, тиск у кавітаційній бульбашці тощо. Описано ефекти, які виникають у пористому середовищі продуктивних пластів внаслідок роботи генераторів ультразвукових коливань. Наголошено, що вони будуть ефективними лише тоді, коли інтенсивність коливань достатня і основним у цьому є розробка, випробування та впровадження потужних і довговічних генераторів акустичного поля. Наведено формули, за якими можуть бути розраховані такі параметри оцінки роботи генераторів, як частота коливань, доза ультразвуку, тиск у кавітаційній бульбашці тощо. Встановлено, що у пульсаторах при визначених умовах під час руху робочої рідини можуть виникати кавітаційні процеси. У рідині і на поверхні твердого тіла у випадку, якщо тиск підтримується нижче деякого критичного тиску, що визначається фізичними властивостями і станом рідини, виникають бульбашки пари або парогазових сумішей, які лускають, потрапивши у зону з підвищеним тиском. Кавітація полягає в утворенні розривів суцільності на деяких ділянках потоку рухомої крапельної рідини. Розриви виникають у тих ділянках рухомого потоку, де у результаті перерозподілу тиску, зумовленого рухом рідини, відбувається значне місцеве зниження тиску. Основні результати свідчать, що вплив кавітації на зменшення в 'язкості важких вуглеводнів є істотним і тому, враховуючи ці обставини, необхідно удосконалити технологію видобування високов'язкої нафти, що у поєднанні з використанням дії пульсуючих потоків дозволить наблизити вирішення скпадної задачі з інтенсифікації видобутку високов'язкої нафти.

Надано аналіз результатів дослідження прогріву насосно-компресорних труб за допомогою керамічних нагрівників з метою підвищення температури нафти. Досліджено оптимальну локалізацію, допустиму потужність і температуру на поверхні нагрівника для кожної вибраної глибини його місцезнаходження.

Представлено експериментальні дослідження роботи гідродинамічного кавітатора та його вплив на параметри нафти Долинського родовища. Дослідження проводилися на базі нафтогазовидобувного управління "Долинанафтогаз" за розробленою програмою і методикою з метою: визначення частоти і амплітуди пульсацій тиску на виході з гідродинамічного пристрою-кавітатора; визначення впливу створюваних пульсацій тиску на процес зниження в'язкості нафти; оцінки динаміки зміни в'язкості нафти при її обробленні гідродинамічним кавітатором. Наведено схему дослідної установки, описано порядок проведення експерименту, проаналізовано отримані результати, які свідчать про зміну реологічних показників нафти, що піддавалась впливу кавітаційно-пульсаційних коливань. Внаслідок проведення експериментальних досліджень одержано такі результати: встановлено виникнення пульсацій тиску і кавітаційних процесів у потоці робочої рідини при її проходженні через гідродинамічний кавітатор; встановлено характер пульсації потоку, який полягає у зменшенні величин тиску на виході з пульсаційної камери з частотою 10 - 12 Гц. Амплітуда коливань під час роботи з комбінованим соплом діаметром 8 мм складала на вході в установку 4,6 - 7,0 МПа, а на виході 0,21 - 0,24 МПа, а з комбінованим соплом діаметром 6 мм відповідно 2,1 - 8,3 МПа і 0,21 - 0,28 МПа. Виявлено, що зниження в'язкості високов'язкої нафти відбувається з перших секунд роботи гідродинамічного кавітатора, який, створюючи знакозмінні коливання тиску, руйнує механічну структуру високов'язкої нафти, що сприяє збільшенню швидкості її відкачування із свердловин.

Проведено численное моделирование процессов теплообмена в нагнетательной и циркуляционной скважинах геотермальной системы для подогрева высоковязких нефтей. Исследование тепловых процессов в циркуляционных скважинах, сопровождающих работу геотермальной системы, представляет научный интерес. Выполнен анализ изменения температуры циркуляционной воды в нагнетательной и эксплуатационной скважинах геотермальной системы в зависимости от изменения гидравлического сопротивления труб, от расхода теплоносителя и времени эксплуатации. Разработаны практические рекомендации к проектированию геотермальных циркуляционных систем для подогрева высоковязких нефтей и нефтепродуктов. Известные исследования работы геотермальных (петрогеотермальных) циркуляционных систем не позволяют количественно оценить изменение температуры потока в скважинах вследствие теплообмена с грунтом и при наличии частичной диссипации его энергии. Обобщен этап исследований по использованию энергии сухих глубинных пород для подогрева высоковязких жидкостей. Приняты физическая и математическая модели расчетов теплообмена "вода - массив породы". Численно установлено изменение температуры циркулирующей воды в нагнетательной и эксплуатационной скважинах как с учетом, так и без учета диссипации энергии потока. Численно оценено влияние периода эксплуатации скважин на изменение шероховатости поверхности труб, диссипацию энергии потока и её долю в теплообмене. Рекомендованы рабочие нагрузки расходов воды в скважинах. Результаты исследований важны для проектирования новых, эффективных и энергосберегающих систем подогрева высоковязкой нефти.

Для выполнения технологических операций по наливу и сливу нефтепродуктов на нефтебазах строят специальные сооружения и применяют различные технологии в зависимости от вязкости нефтепродуктов. Для высоковязких нефтепродуктов с целью удаления твёрдых остатков рекомендуется система верхнего размыва с применением специальных устройств. Сливная система предусматривает возможность использования системы верхнего размыва для размывания твердых остатков мазута одновременно с нижним циркуляционным разогревом. Принцип работы устройства основан на объединении операций по подогреву и сливу вязких нефтепродуктов в один технологический процесс с использованием явления рекуперации тепловой энергии. Циркуляция продукта предотвращает его застывание и обеспечивает надёжность сливной системы.Для оптимизации сливных операций применена система автоматизации. С применением АСУ ТП усовершенствуется процесс сливных операций высоковязких нефтепродуктов. Указанная технология предусматривает возможность снижения продолжительности слива высоковязких продуктов в зимнее время примерно в два раза. Главное преимущество устройства системы верхнего размыва - обеспечение планируемого объёма перевалки высоковязких нефтепродуктов.

З метою зниження в'язкості нафт застосовують відомі методи хвильової дії на пласти. Проте вибір частотного діапазону хвильового оброблення пластів не враховує розподіл тріщин за шириною, що знижує ефективність такої дії. Для досягнення ефективного режиму імпульсного навантаження на пласт розглянуто задачу визначення швидкості і зміни в'язкості в процесі руху рідини в плоскій тріщині пласта, навантаженого гармонічним сигналом. При розв'язанні задачі використано диференцій нерівняння, що описує рух в'язкої рідини між двома паралельними площинами, які моделюють нескінченну тріщину довільної ширини. Розроблено формули з визначення середньої швидкості руху крізь тріщини і зміни кінематичної в'язкості рідини від частоти гармонічної дії на пласт за різних значень ширини тріщин. Установлено, що в процесі дії гармонічного сигналу на плоску гладку тріщину, заповнену в'язкою рідиною, середня стаціонарна швидкість руху рідини досягає максимального, а кінематична в'язкість - мінімального значення за певної частоти гармонічної дії. Отримані результати можуть бути застосовувані у нових хвильових методах оброблення нафтогазоносних пластів.

Наведено аналіз результатів моделювання паротеплової обробки пластів на родовищах високов'язких нафт. Розглянуто різні умови залягання нафтового покладу і різні варіанти розміщення свердловин. Досліджено вплив температури і витрати води для нагнітання та розподіл тиску в робочому резервуарі.