7. Физические основы применения тепло­вых методов для увеличения нефтеот­дачи нефтяных пластов.

См. также вопрос 4. В пласте теплопередача осуществляется двумя способами: конвективным (потоком горячей воды или пара) и диффузионным (за счёт теплопроводности пористой среды). В результате этого в пласте формируется температурный фронт, который перемещается в направлении движения теплоносителя.

При закачке горячей воды, в пласте формируется 3 зоны:

1. зона горячей воды;

2. зона пластовой температуры;

3. зона вытеснения холодной водой.

При закачке водяного пара – 4:

1. зона пара (очень небольшая);

2. зона горячей воды;

3. зона пластовой температуры;

4. зона вытеснения холодной водой.

При помощи тепловых методов разработки добиваются увели­чения температуры и, следовательно, снижения вязкости флюидов. Объекты применения – залежи высоковязких нефтей и битумов. При увеличении температуры, вязкость снижается только до 6080 С, затем зависимость вязкости от температуры выполажи­вается.

При закачке пара проявляется так называемая дистилляция (разгонка нефти на фракции, в результате чего более лёгкие из них проникают в холодную зону способствуя уменьшению вязкости вытесняемой нефти).

На нагревание жидкости в пласте идёт 25% от «4акачаноого» тепла. Остальное расходуется на прогрев породы. Вследствие этого, температурный фронт может отставать от фронта вытесне­ния в 35 раз.

Процессы теплового воздействия связаны с потерей теплоты. Основные виды потерь можно классифицировать так:

1. потери в трубопроводах;

2. потери в стволе скважины;

3. потери через кровлю и подошву пласта.

Наибольшая глубина залегания пластов для закачки теплоноси­телей – 500600 м. При необходимости закачки на бо́льшую глубину, применяют теплоизолированные трубы.

Остаточное топливо образуется из масляных фракций, которые под действием температуры преобразуются в смолы, асфальтены и кокс. Сгорает не более 10% нефти пласта – остальное вытесняется. Кол-во остаточного топлива в битуных пластах – 3540 кг/м³ породы, а для нефтей с небольшой вязкостью доходит до 17 кг/м³. Чем больше остаточного топлива, тем больше нужно закачивать воздуха для его сжигания.

Разновидности пластового горения:

• прямоточное;

• противоточное (применяется редко, когда невозможно создать сообщаемость между добыв. и нагн. скв.).

Прямоточное создаётся в ПЗ нагн. скв., куда и закачивается воздух. В противоточном горении очаг находится в добыв. скв. Фронт горения движется навстречу закачиваемому воздуху. Эффективность внутрипластового горения можно увеличить одновременной закачкой воздуха и воды. Это позволяет перебро­сить тепло, оставшееся за фронтом горения, вперёд – в зону вытеснения. После выжигания определённой части пласта, перехо­дят на закачку воды – тепловую оторочку проталкивают в зону добычи.

Сухое прямоточное горение

Сухое ВПГ осуществляется закачкой в пласт только воздуха. Вследствие его низкой теплоемкости по сравнению с породой пласта происходит отставание фронта нагревания породы от перемещающегося фронта горения. В результате этого основная доля генерируемой в пласте теплоты остается позади фронта горения практически не используется и в значительной мере рассеивается в окружающие породы. Эта теплота оказывает некторое положительное влияние на процесс последующего вытеснения нефти водой из неохваченных горением смежных частей пласта.

Влажное внутрипластовое горение

Процесс влажного внутрипластового горения (ВВГ) заключается в том, что в пласт вместе с окислителем закачива­ется в определенном соотношении вода, которая позволяет увеличить конвективный перенос тепла через фронт горения.

За счет переброшенного тепла впереди фронта горения обра­зуется обширная область пласта, охваченная тепловым воз­действием.

Сверхвлажное горение

Диапазон изменения соотношения закачиваемый в пласт объемов воды и воздуха колеблется примерно в пределах от 1 до 5 м³ воды на 1000 м³ воздуха. При увеличении водо-воздушного соотношения в закачиваемой смеси воды и воз­духа тепловая энергия, выделяемая при горении остаточного топлива в пласте, становится недостаточной для испарения всей массы закачиваемой воды. Зоны пара (позади фронта горения) и горения все больше и больше сужаются и, наконец, исчезают полностью. Процесс высокотемпературного окисления (горения) переходит в процесс низкотемператур­ного окисления остаточного топлива. Лабораторные опыты показывают, что при определенных условиях возможно под­держание этого процесса и перемещение зоны повышенной температуры, близкой к температуре испарения воды. Такой процесс получил название сверхвлажного горения.

ПЛОЩАДНОЕ НАГНЕТАНИЕ ПАРА обосновывается необходимостью рассредоточения теплового воздействия на возможно больший объем залежи. Наиболее эффективен этот метод в пл-тах мощностью более 15 м, залегающих на небольшой глубине (до 700—1000 м), высокопористых, относительно однородных. Показатели вытеснения н. паром будут лучшими для более тяжелых и вязких нефтей. Высокие вязкости н. и специфика механизма площадной закачки пара обусловливает применение сравнительно плотной сетки скважин. Сгущение сетки позволяет снизить относительные теплопотери в окружающие породы и повысить коэффициент вытеснения н. из пл-та. При площадной закачке пар подается в нагнетательную скважину, а н., вытесняемая из пл-та оторочкой горячего паро-конденсата и пара, добывается из соседних эксплуатационных скважин. Преимуществом площадной закачки пара является высокая нефтеотдача пл-та в результате прогрева большой зоны его. К недостатку этого метода можно отнести затраты значительного количества тепловой энергии, которые в отдельных случаях могут быть экономически неоправданными.

Горячую воду и пар получают в парогенераторах (котлах) высокого давления.

ТЕПЛОВАЯ ОТОРОЧКА. По этому методу вместо непрерывной закачки теплоносителя после проникновения его в пл-т через определенное время можно нагнетать воду при пл-товой температуре. При этом в пл-те создается перемещающаяся в направлении процесса вытеснения н. нагретая область, получившая название тепловой оторочки. Способ перемещения нагретой области в глубь пл-та путем закачки в него холодной воды, т. е. воды с температурой, близкой к пл-товой.

Использование тепловых оторочек позволяет получить несколько меньшую нефтеотдачу по сравнению с этим показателем при непрерывной закачке теплоносителей в пл-т. Но на подготовку горячей воды или пара значительно меньше тратится энергии.