книги из ГПНТБ / Кошко, И. И. Техника воздействия на нефтяной пласт горением

горения и его модификации. При этой схеме фронт горе­ ния движется от эксплуатационной скважины к нагне­ тательным, а продукты горения и пары нефти движутся по (выгоревшей зоне пласта с меньшим сопротивлением. Поэтому указанная схема может быть применена в тех условиях, где прямой процесс осуществить невозможно.

Метод противоточного внутрипластового горения ус­ пешно применяется на месторождении битума Филлипс (США). Плотность нефтебитума в пластовых условиях — 1 г/см3, а вязкость равна более 500 тыс. спз. При этом из эксплуатационных скважин добывается нефть плотно­ стью около 0,9 г!см? и вязкостью 5—15 спз.

Учитывая сравнительную новизну метода внутрипла­ стового горения, представляется целесообразным опро­ бование его начинать в наиболее благоприятных геоло­ гических условиях.

С целью проверки метода в специфических условиях проводятся опытные работы на Сугушлинском опытном участке.

Нефтебитумы Сугушлинского месторождения пред­ ставляют собой высокосернистые и высокосмолистые нефти с высокой плотностью и вязкостью. Битуминозная нефть может быть использована для получения котель­ ного и моторных топлив и сырья для нефтехимии.

Сугушлинское месторождение битумов расположено на южном склоне Альметьевской вершины Татарского свода и представляет собой структуру северо-восточно­ го простирания размером 6,5 X 5 км.

Основные скопления битумов на Сугушлинской пло­ щади связаны с уфимскими отложениями. Мощность этих отложений колеблется в широких пределах от 33 до 74 м и представлены они толщей терригенных пород с незначительным включением прослоев известняка. Имеется четыре песчаных пласта, разделенных пачками глинисто-алевролитовых пород. Наибольшее значение имеет хорошо изученный и выдержанный по площади песчаный пласт I, который выделяется по кровле уфим­ ского яруса. Пласт представлен мелкозернистым песча­ ником с незначительным включением средне- и крупно­ зернистых фракций. Средняя пористость составляет око­ ло 15%, а битумонасыщенность — порядка 35%. Запасы битума в этом пласте составляют десятки млн. тонн.

30

Опытный участок предусматривается разрабатывать по пятиточечной системе: в центре нагнетательная сква­ жина, а по углам квадрата — эксплуатационные сква­ жины. Кроме того, дополнительно пробурены 4 эксплуа­ тационные скважины на расстоянии 5 м от первого ряда эксплуатационных скважин. Опытный участок выбран около с. Юлтимирово. Мощность пласта — около 8 м, а глубина залегания — 95 м. Пористость породы — около 25%, а битумонасыщенность — порядка 45%.

Следует отметить, что проницаемость пород, насы­ щенных вязким битумом, изменяется от перепада дав­ ления и с увеличением градиента давления возрастает, что объясняется сдвигом пленки битума в порах породы.

Важнейшим этапом в начале работ является опре­ деление воздухопроницаемости пласта и организация воздушной сбойки между нагнетательной и эксплуата­ ционной скважинами. При необходимости перед нача­ лом розжига пласта возможно применение гидроразры­ ва или других методов воздействия на продуктивные пласты и призабойную зону скважин.

Задачей эксперимента является исследование техни­ ки и технологии работ в специфических геологических условиях, а также определение эффективности метода. При этом основное внимание должно быть уделено раз­ работке надежной технологии как основы для расшире­ ния добычи топлива в будущем. Следует отметить, что увеличение объемов производства является одним из ос­ новных факторов снижения себестоимости продукции.

Изыскание методов получения углеводородного сырья из битуминозных пород несомненно имеет важ­ ное значение и для других районов страны, где имеются залежи битумов.

На территории республики имеются значительные за­ пасы вязкой нефти, приуроченные к отложениям верхнетурнейского, верейбашкирского и других горизонтов нижнего и среднего карбона. Эти месторождения недо­ статочно изучены и в настоящее время практически не разрабатываются. Залежи вязкой нефти открыты по­ путно при разведке нижележащих девонских месторож­ дений. Для разработки этих залежей частично могут быть использованы девонские скважины путем внедре­ ния совместно-раздельной эксплуатации и возврата об­ водненных скважин.

31

Месторождения вязкой нефти характеризуются слож­ ным геологическим строением и высокой неоднород­ ностью коллекторских свойств пластов.

На восточном борту Аксубавво-Мелекесской депрес­ сии и в приосевой ее части нефтепроявления обнаружены в ряде мест в отложениях башкирского и Верейского го­ ризонтов.

Башкирский ярус, как правило, представлен карбо­ натными породами, преимущественно известняками с прослоями доломитизированных известняков и доломи­ тов. Залежи нефти в верхнетурнейском подъярусе, в ос­ новном, приурочены к пористо-трещиноватым карбонат­ ным коллекторам. Вязкость нефти в пластовых условиях составляет около 40 спз. Нефтенасыщенная мощность продуктивных пластов изменяется от 2 до 5 м. Началь­ ные дебиты скважин по некоторым залежам составля­ ют до 15 т/сутки.

Значительные запасы вязкой нефти имеются в бобриковском горизонте. Ряд залежей данного горизонта со­ держат нефть с вязкостью 30 спз и более. В таких усло­ виях обычные методы эксплуатации, как правило, не позволяют получить высокой эффективности. Проблема разработки подобных залежей нефти связана с рядом трудностей из-за высокой вязкости нефти.

Одной из особенностей разработки залежей вязкой нефти является сравнительно низкой коэффициент неф­ теотдачи. В таких условиях особенно важное значение имеет выбор эффективного метода разработки залежи.

Из обычных методов воздействия на пласт следует рекомендовать для указанных условий применение из­ бирательной системы площадного заводнения в сочета­ нии с законтурной. При этом применение минерализо­ ванной теплой воды может дать некоторый эффект. Однако извлечение вязкой нефти путем воздействия на пласт водой обычно связано с интенсивным обводнением добываемой продукции, что приводит к снижению неф­ теотдачи. Для увеличения проницаемости призабойной зоны скважины могут быть при этом применены соляно­ кислотная обработка в карбонатных коллекторах и гид­ равлической разрыв пласта в терригенных.

В последние годы в ряде районов для повьмнения эффективности заводнения в подобных условиях в воде растворяют высокомолекулярные полимерные добавки.

32

Применение загустителей благоприятно отражается на механизме вытеснения нефти.

Для разработки залежей вязкой нефти эффективным может быть циклическое воздействие на пласт.

В связи со сравнительно низкой ожидаемой нефтеот­ дачей необходимо изучить возможность применения в указанных условиях тепловых методов добычи нефти. Для успешного извлечения нефти должно быть обеспе­ чено уменьшение вязкости, чтобы сообщить ей подвиж­ ность.

Всвязи с наличием в республике значительных за­ пасов вязких нефтей в каменноугольных отложениях целесообразно рассмотреть вопрос о внедрении тепло­ вых методов добычи.

Впоследнее время в ряде стран с целью повышения нефтеотдачи эти методы получают все более широкое применение и особенно нагнетание в пласт теплоносите­ лей и внутриплатное горение. Из известных разновид­ ностей метода тепловой обработки пласта с помощью теплоносителей следует отметить как наиболее эффек­

со значительным расходом товарного топлива.

Одним из перспективных методов разработки зале­ жей вязкой нефти является внутриплатное горение. Особенностью метода является генерирование тепла не­ посредственно в пласте за счет сжигания части остаточ­ ной нефти.

Этот метод характерен сложными физико-химически­ ми превращениями нефти в пластовых условиях. При комбинации внутрипластового горения с заводнением возможно образование пара в пластовых условиях. Та­ ким образом, данному методу свойственны преимуще­ ства, присущие нагнетанию пара. Одной из особенностей метода является снижение вязкости пластовой нефти в связи с растворением в ней образующегося при горе­ нии углекислого газа. Известны ряд модификаций мето­ да воздействия на пласт горением. Для снижения энер­ гоемкости целесообразно рассмотреть возможность ком­ бинации внутрипластового горения с заводнением. В связи с возможностью получения высокой нефтеотда­ чи, указанный метод влажного внутрипластового горе­

ния может быть также применен в качестве вторичного для доразработки бывших в эксплуатации месторожде­ ний и, в частности, залежей девонской нефти. Важное значение имеет исследование свойств нефти, остающейся в пласте, после разработки месторождений с поддержа­ нием пластового давления путем применения законтур­ ного и различных видов внутриконтурного заводнения. При этом следует изучить также вопрос, как изменяется нефтеотдача по мощности пласта и по его простиранию. Лабораторными исследованиями установлено, что внутрипластовое влажное горение может быть успешно при­ менено и на месторождениях с маловязкой нефтью.

При влажном внутрипластовом горении имеется воз­ можность в определенной мере регулировать энергоем­ кость нагнетания воздуха на единицу добываемой про­ дукции за счет закачки воды.

В целях интенсификации процесса эксплуатации и увеличения нефтеотдачи целесообразно рассмотреть воз­ можность применения влажного внутрипластового горе­ ния в качестве первичного метода для разработки зале­ жей девонской нефти. Воздействие на пласт теплом может осуществляться также в комбинации с другими методами интенсификации добычи нефти, в частности, представляют интерес термоциклические методы воздей­ ствия. Выбор наиболее эффективного метода воздей­ ствия на пласт зависит от конкретных геологических условий и может быть определен на основании опытно­ промышленных работ. При этом основное внимание должно быть уделено разработке надежной технологии разработки месторождений вязкой нефти как основы для расширения добычи топлива. Представляет интерес использование тепловой энергии от химической и термо­ ядерной реакции для прогрева нефтяного пласта. Воз­ действие на пласт теплом может осуществляться также в комбинации с другими методами интенсификации до­ бычи нефти.

СРАВНЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ МЕТОДОВ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Тепловые методы относятся к энергоемким методам добычи нефти. Однако сравнение энергоемкости тепло­

34

вых методов, с целью выбора наиболее эффективного из них, до сих пор не проводилось.

Среди тепловых методов наиболее перспективными считаются нагнетание в пласт пара и внутрипластовое горение, поэтому сравнение проведем только указанных методов. Основной статьей затрат при использовании этих методов являются расходы на топливо, необходи­ мое для производства пара и компримирования воздуха.

В данном разделе предпринята попытка сопоставить энергоемкость нагнетания в пласт пара при паротепло­ вой обработке и компримирования воздуха при внутрипластовом горении.

Поскольку во многих нефтяных районах имеется природный или попутный газ, представляется целесооб­ разным сравнение работы парогенераторов и компрес­ сорных станций провести при использовании газа как наиболее дешевого топлива.

Определение эффективности использования газа в ка­ честве топлива при воздействии на пласт паром и внутрипластовым горением имеет важное значение для правильного выбора направления развития этих мето­ дов.

При внутрипластовом горении газ может использо­ ваться как топливо двигателя внутреннего сгорания, служащего для привода компрессора.

Расход газа для работы двигателя может быть опре­ делен по формуле

О =

QPH

где jV,, — мощность двигателя;

q — удельный расход тепла;

Qp — низшая теплота сгорания топлива;

t — время работы двигателя.

Общее количество тепла, получаемое при сжигании газа, расходуется на компримирование воздуха и затра­ чивается на различные потери (работа трения, тепловые потери и т. д.).

Qi = Q2 + Q3 -

где Q2 — количество тепла, расходуемое на компри­ мирование воздуха;

Q3— количество тепла, теряемое в компрессоре.

Количество образующегося в пласте тепла пропорцио­ нально объему нагнетаемого воздуха.

Горение при этом методе поддерживается за счет сжигания остаточной нефти (кокса) непосредственно в пласте, которая не может быть извлечена другими методами. Поскольку кокс не является товарным топли­ вом, его можно не учитывать при определении энерго­ емкости метода.

При паротепловой обработке пласта газ может быть использован в виде топлива для работы парогенератора.

Общее количество тепла, образующегося при сжига­

Важно определить, какой из методов позволяет ввести в пласт большее количество тепла на единицу объема расходуемого газа, т. е. когда соблюдается равенство

Q2 + Qs = Q4 + Qs + Qe •

Коэффициент полезного действия нефтепромысловых па­ рогенераторов обычно составляет 75—80%. Коэффициент полезного действия парогенератора определяется, в ос­ новном, потерями тепла с отводящими газами и хими­ ческим недожегом топлива.

36

В целом при сжигании газа в топке парогенератора около 25% топлива используется неэффективно. Кроме того, при нагнетании пара часть тепла теряется по ство­ лу скважины и не может быть использована для про­ грева пласта. Потери тепла при паротепловой обработке возрастают с увеличением глубины скважины. Согласно расчету, при глубине скважины 1 0 0ж 0и расходе пара 2 т/час около 70% тепла теряется по стволу скважины.

Вследствие значительных тепловых потерь, указан­ ный метод обычно ограничивается глубиною применения до 1 0 0м. 0

Величина относительных потерь тепла зависит также от темпа и продолжительности закачки пара. С повы­ шением темпа и увеличением продолжительности нагне­ тания пара потери тепла по стволу скважины снижаются.

Важным показателем технического уровня компрес­ сора является удельная потребляемая мощность, опре­ деляющая расход энергии на сжатие 1 ж3 воздуха.

Эффективность использования газа при компримиро­ вании воздуха зависит о(т конструкции применяемого для эт,ой цели газового двигателя.

В нефтяной промышленности получили применение двухтактные и четырехтактные газоматокомпресооры (ГМК). Первоначально ГМК выпускались без турбонаддува и имели сравнительно невысокую степень форси­ ровки. В газовых двигателях расход газа в ж3 на л. с. ч. не показателен, так как он зависит от теплоты сгорания газообразного топлива; поэтому часто. пользуются удель­ ным расходом тепла на 1 л. с. ч. [108].

Удельный расход тепла для двухтактных безнаддувных газовых двигателей составляет 2400—2500 ккал/л.с.час, а для турбонаддувных— 1800—2100 ккал/л.с.час. Турбонаддув применяется для повышения мощности двигателя.

Для четырехтактных ГМК удельный расход тепла изменяется ют 1600 до 2 2 0ккал0 /л.с.час.

В нашей стране широкое применение получили двух­ тактные ГМК с турбонаддувом (10ГКМ, 8 ГК, ГМ-8 ).

Удельный расход тепла мотокомпреюоором позволяет определить, какая часть топлива в .нем расходуется для выполнения полезной работы.

Совершенство конструкции ГМК и экономичность их

37

работы могут оцениваться удельными затратами анергии на сжатие 1 лг3 воздуха

vj-60■ Vi■ ’

где у] — кпд газомотокомпрессора; ^ — первоначальный объем нагнетаемого воздуха;

а — механический эквивалент теплоты.

Для двухтактных газовых мотох<>\нпнч:соров с турбо­ наддувом кпд можно принять равным около 35 %■ Таким образом, кпд ГМК более чем в два раза ниже кпд па­ рогенератора.

Однако эффективность использования топлива зави­ сит не только от величины кпд ГМК, а в конечной сте­

комиримироваяии воздуха.

Процесс сжатия воздуха в многоступенчатом порш­ невом компрессоре состоит из нескольких последователь­ но происходящих процессов одноступенчатого сжатия, причем после жаждой ступени воздух охлаждается в хо­ лодильнике. Величина степени сжатия ограничивается температурой вспышки смазочных масел. Промежуточ­ ное охлаждение воздуха между 'ступенями при много­ ступенчатом сжатии позволяет повысить экономичность работы машины, приближая процесс 'сжатия ,к изотер­ мическому.

Приближенно работу, затрачиваемую в многоступен­ чатом компрессоре, находят по -формуле

k-i

k

Z- 2= ZPXК, a(k — 1 )

где /^ — начальное давление всасывания, кг/см2; Рп — конечное давление, кг/см2; /г — показатель адиабаты.

С увеличением давления нагнетания удельный расход энергии на единицу объема 'сжатого воздуха возрастает.

На первой стадии внедрения метод внутрип,ластового горения целесообразно использовать на месторождениях, где по условиям работы требуются сравнительно невы­ сокие давления компримирования воздуха.

38

Если примять давление нагнетания ранным 100 кг!см2, то для компримирования одного метра воздуха необхо­ димо затратить около 160 ккал, а с учетом кпд газомотокомгереюсора 'требуется около 500 ккал.

Необходимо определить, .какое количество таила мо­ жет быть получено в процессе горения в пласте при использовании 1 м3 нагнетаемого воздуха.

Количество кислорода, потр1вбное для сгорания топ­ лива, определяется из стехиометрических соотношений между горючими компонентами и кислородом, вытекаю­

При полном сгорании углеводородов образуется дву­ окись углерода и водяной пар в количествах, определяе­ мых содержанием атомов углерода и водорода в моле­ куле данного топлива.

Потребное количество воздуха для сгорания 1 кг нефти определится из условия среднего объемного со­ держания кислорода равном 2 %1 .

В21

Если точный состав нефти неизвестен, но известна ее теплота сгорания, то количество воздуха, .необходимое

ха в пласте может быть получено около 900 ккал теп­ ла (Qг ), а на компримирование указанного объема

воздуха с учетом кпд газомотокомпрессора требуется около 500 ккал (Q2 + Q3 ) • Таким образом, при виутрипластшом горении достигается практически двухкратное увеличение количества тепла по сравнению с энергией, потребляемой компрессорной станцией.

39