книги из ГПНТБ / Муравьев, Виталий Михайлович. Новые методы вытеснения нефти из пластов

става отпадает, и для проталкивания критической смеси можно использовать сухой газ.

Нефтеотдача будет меньшей, если при этом процессе вытеснения использовать газ, недостаточно обогащенный

промежуточными компонентами.

Первую проверку этого варианта вытеснения нефти из пласта намечает провести фирма Humble в Техасе на место­ рождении Бронт. Жирный попутный, газ, содержащий ме­

пан или другие легкие углеводородные жидкости. Закачку намечают проводить через ряд скважин, разрезающих за­ лежь с востока на запад, так что нефть будет вытесняться от центра к периферии. Давление нагнетания по расчетам

жаться только 16 лет. За этот период всего предполагается закачать 556 млн. м3 газа.

Фирма Humble полагает, что нагнетание в пласт жир­ ного газа позволит увеличить нефтеотдачу примерно на 50%

дами увеличение добычи нефти составит 2,15 млн. ,и3. Перед закачкой намечается предварительно подогревать

газ, чтобы увеличить его объем и содержание сжимаемых компонентов. Кроме этой работы, предполагается провести

испытания других вариантов процесса на одном из участков

нефтепромысла Силигсон в Техасе,

На этом участке планируется закачка пропана в коли­ честве 5500—6300 м3 и газа 1,54 млн. м3 в месяц. Участок занимает площадь 259 га и эксплуатируется 12 скважинами.

Опытные работы рассчитаны на два года, в течение которых

будет решен вопрос о целесообразности дальнейшего рас­ ширения проекта. По подсчетам в результате проведения

В. М. Фокеевым и И. Н. Стрижевым. В 1948 г. Капелюшников и Фокеев предложили закачивать в пласт углеводород­ ный газ (от С2Н6 до СбНц) под давлением, соответствую­ щим критической фазе. При этом закачиваемый газ и

пластовая нефть, смешиваясь, образуют газоконденсат, ко­

- 29 —

торый извлекается из пласта известными методами. Для практического решения этой задачи в 1953 г. лаборатория физики нефтяного пласта Института нефти Академии Наук СССР поставила ряд экспериментальных работ [23].

Сущность этого метода заключается в том, что в частич­ но истощенный пласт нагнетается газ под высоким давле­ нием, в результате чего остаточная нефть растворяется в сжатом газе или, иначе говоря, происходит обратное испа­ рение остаточной нефти.

В процессе эксплуатации газовый раствор поступает на поверхность, попадает в газосепараторы низкого давления, где происходит обратная конденсация, т. е. выпадение кон­

денсата из газового раствора. Затем цикл повторяется, и в

пласт вновь закачивается обедненный газ. Изучение условий использования явления обратного испарения и обратной

конденсации проводилось на специальной установке, рас­

считанной на рабочее давление до 500 ат.

В качестве основной газовой фазы использовался угле­ кислый газ. Содержание нефти в песке составляло от 2 до 6% к весу песка. Опыты проводились с различными неф­

тями при температуре примерно 40° и давлениях от 80 до

400ат.

Втабл. 1 приведены данные лабораторных опытов, по­ казывающие влияние породы на давление перехода системы нефть — газ в однофазное газовое состояние.

Таблица 1

— ЗЭ —

Эти эксперименты позволили установить, что присутствие породы существенно снижает критическое давление и осо­ бенно для высокосмолистых нефтей. Находящаяся в породах связанная вода незначительно повышает критическое давле­

ние. Давление перехода в значительной степени зависит от соотношений объемов нефти и газа в системе, переводимой

в однофазное состояние. Кроме того, было установлено, что углекислый газ в сравнении с метаном — более эффективный

газ.

Дальнейшие эксперименты в условиях движения сжато­ го газа через нефтесодержащий песок показали, что давле­ ние, которое необходимо создать для обеспечения растворе­ ния нефти в углекислом газе, зависит не только от свойств нефти, но и от соотношения объемов газа и нефти. Так, для

210 ат, доссорской масляной—200—250 ат, а для ухтинской—

свыше 250 ат.

Для того чтобы из газового раствора обратно получить содержащиеся в нем углеводороды, достаточно снизить дав­ ление до 75 ат.

Характерная особенность данного процесса состоит в том, что из нефтенасыщенной породы извлекается не нефть, а дис­ тилляты, так как смолы и асфальтены при указанных выше давлениях не переходят в газообразное состояние. Так, вы­ ход продуктов для большинства нефтей составляет в сред­ нем 70—80%, а для отдельных нефтей, не содержащих

смол,—90%.

Чем больше в нефти содержится асфальтенов и смол, тем меньше выход конденсата. С повышением давления вы­

ход конденсатов увеличивается. Вещественный состав неф­ тесодержащих пород почти не влияет на величину нефтепода-

чи пластов. Кроме того, было установлено, что при влажных

песках извлекается не только нефть, но и «связанная» вода. Позднее лабораторные опыты были проведены с природ­ ным газом Туймазинского месторождения для нефтей туй­ мазинской (угленосная), ромашкинской (девонская), па­

ромайская (легкая).

На рис. 9, 10, 11 приведены зависимости выхода конден­ сатов из песков от продолжительности циркуляции для раз­ личных давлений.

Сравнение эффективности углекислого газа и туймазин­ ского отбензиненного природного газа как растворителей неф­

ти показано на рис. 12.

Проведенные лабораторные опыты показали, что туйма-

зинский девонский отбензиненный газ, хотя и менее эффекти­ вен по сравнению с углекислым газом, все'же является хоро­ шим растворителем' нефти.

— 31 —

Увеличение гомологов метана и углекислоты в природой газе способствует более эффективному процессу извлечения

нефти из пласта.

Выход остаточной туймазинской угленосной нефти в рас­ сматриваемых опытах составил от 4 до 59%, при давлениях от 80 до 300 ат, а паромайской 80 % при 200 ат.

Полученные результаты были положены в основу разра­

ботки нового метода увеличения нефтеотдачи пластов в двух вариантах.

Первый вариант—превращение частично истощенного нефтесодержащего пласта в газоконденсатный.

Второй вариант—нагнетание в пласт газа без перевода его в газоконденсатный.

По мнению М.А. Капелюшникова, С. А. Закса и В.Ф.Бур­ мистровой, второй способ по сравнению с первым имеет ряд преимуществ:

1) возможность применения этого способа для пластов

сотносительно малой глубиной залегания;

2)меньший расход газа;

3)при относительно невысоких давлениях закачки мень­ шая вероятность нарушения целостности пласта.

Аналогичные работы по переводу нефти в однофазное газовое состояние в 1955 г. проводились ГрозНИИ совмест­ но с лабораторией физики пласта института нефти Академии

наук СССР [24].

На основе сходства термодинамических свойств двух- и многокомпонентных систем для рассмотрения и анализа явле­ ний фазовых превращений была использована фазовая диа­ грамма двухкомпонентных систем.

В процессе экспериментальных работ было установлено,

что с повышением концентрации легкого компонента требует­ ся меньшее давление для перевода смеси в газовую фазу. Кроме того, для перевода смеси в газовую фазу нужна тем меньшая концентрация легкого компонента, чем выше темпе­ ратура.

Проведенные лабораторные опыты показали, что для пере­ вода в однофазное газовое состояние озек-суатской нефти с

7630 л;3Ди3 давление перевода равно 430 ат.

Дальнейшие эксперименты показали, что при частичном

растворении указанных нефтей в газе с содержанием 88%

метана выход конденсата составил 65% при давлениях 320—

400 ат и 43,5% при 220 ат.

— 34 -

С почти чистым метаном при давлениях 400 ат выход

и дан ряд практических рекомендаций.

Для промышленного изучения процесса закачки газа под высоким давлением ГрозНЙИ рекомендует в первую очередь использовать VIII и IX блоки XIII понадвигового пласта.

В 1956 г. в лаборатории физики пласта ВНИИнефть были поставлены опыты по определению влияния состава газа на нефтеотдачу. Этими опытами установлено, что пропан как вытесняющий агент в сравнении с водой и сухим газом имеет ряд преимуществ: хорошую растворимость, малую вязкость, возможность закачки его при невысоких давлениях, порядка

200 ат. В последующих лабораторных опытах по созданию газо­

конденсатной зоны было установлено, что добавка к пропану

ные растворы при сравнительно малых двалениях. Так, эти опыты показали, что при одних и тех же условиях 1 м3 ме­

вила 91%. Таким образом, в сравнении с жидким пропаном смесь пропана с метаном в газовом состоянии позволяет более успешно вытеснять нефть.

Рассматривая вопросы закачки в пласт жирного газа и сжиженных нефтяных газов, А. Беликовский и В. Терзи

приводят ряд соображений относительно ресурсов этих га­ зов в Советском Союзе. По их данным уже сейчас из всей

добычи нефти Урала и Поволжья возможно ежегодно добы­ вать до 5 млн. м3 жидкого газа, в том числе около 3 млн. м3 пропано-бутановой фракции, причем это количество в бли­

жайшие годы может быть доведено до 5 млн. м3.

Таким образом, полученные результаты говорят о том, что метод частичного растворения нефти имеет несомненные перспективы. Дальнейшие работы по промышленному испы­ танию этого метода позволят не только уточнить методику

проведения процесса, но и всесторонне оценить ее эффек­ тивность.

ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНЫЕ ПЛАСТЫ

Проблема теплового воздействия на нефтяные пласты,

чтобы максимально увеличить их нефтеотдачу, занимает на­ учно-исследовательскую мысль уже около 40 лет. Как следует из доклада Дж. Ван Хейнингена и Н. Шварца [25] на IV Меж­ дународном нефтяном конгрессе, идея термического воздей­

— 35 —

ствия на пласт для увеличения нефтеотдачи была высказана в США еще в 1917 г.

За прошедший период в этой области было проведено большое количество теоретических и лабораторных исследо­ ваний, а также практических промысловых опытов. Однако проведенные работы еще недостаточны для освещения всех вопросов, связанных с технологией я экономикой тепловых

методов воздействия на нефтяные пласты. Эти методы почти

не находят практического применения в нефтедобывающей

промышленности.

В настоящее время теоретические исследования и прак­

тические работы по тепловому воздействию на пласт продол­

жаются во многих странах, и многие специалисты считают,- что эти методы имеют самое перспективное будущее средш прочих методов повышения нефтеподачи пластов. Сейчас

можно отметить лишь то, что методы теплового воздействия на нефтяные пласты еще не вышли за рамки лабораторных и полупромышленных исследований и, следовательно, для промысловой практики являются новыми методами.

Сущность всех тепловых методов воздействия на нефтя­ ной пласт состоит в том, что при нагреве пласта снижается вязкость пластовой нефти и поверхностное натяжение, умень­

шается действие адсорбционных сил. Этим самым создаются условия для наиболее полного вытеснения нефти из пор пласта. Конечно, при рассмотрении проблемы в целом нуж­ но, кроме теплового фактора, принимать во внимание и ди­ намические факторы — количество и скорость движения те­ плового агента, свойства теплоносителя и его вытесняющие способности и т. п.

Тепловое воздействие на нефтяной пласт может быть осуществлено различными способами:

1) газификация пласта, т. е. создание в пласте передвиж­

2)закачка в пласт горячей воды или пара;

3)закачка в пласт различных газообразных теплоноси­ телей. -

В США применение тепла при эксплуатации нефтяных скважин, по данным Д. Честера и Д. Мензи [26], впервые, было осуществлено в 1940 г. для депарафинизации забоя скважины. Высокая температура достигалась путем сжига­ ния на забое скважин газо-воздушной смеси. Воспламенение смеси производили специально спущенным запалом.

В 1923 г. Говард [27] предложил процесс подземной очист­ ки сырой нефти. Его Предложение заключалось в подаче газо-воздушной смеси на забой нагнетательной скважины и воспламенении этой смеси от электрозапала. По мнению автора, полученное тепло ' от сгорания смеси и части нефти

- 36 -

в призабойной зоне скважины будет превращать близлежа­ щую нефть в газ, который будет двигаться в сторону наи­ меньшего давления, т. е. к окружающим скважинам. Это предложение схоже с предыдущим, но предусматривает уже создание в пласте передвижного очага горения, а не только

подогрев призабойной зоны скважин. Однако в практических условиях это предложение не проверялось.

Вопросами нагнетания водяного пара в нефтяной пласт занимался Стовалл [28], который с 1926 по 1931 г. проводил лабораторные опыты, а в 1934 г. промысловые. Ему удалось

обработать участок пласта площадью 0,4 га. После 235-днев­ ного беспрерывного нагнетания водяного пара в количестве

15—16 т]сутки при давлении 10—14 ат Стовалл добился вытеснения 98% запасов нефти.

Первые практические работы по созданию передвижно­

го очага горения в нефтяном пласте провели советские уче­ ные А. Б. Шейнман, К- К. Дубровай и С. Л. Закс в 1933—

1938 гг. [29, 30, 31]. Эти работы были начаты в связи с успеш­ ными опытами подземной газификации угольных залежей.

Первоначально в 1934 г. в быв. ГИНН были проведены лабо­ раторные опыты. В том же году эти опыты стали прово­ диться в природных условиях на Ширванском нефтяном месторождении быв. Майнефти. Опытная установка в Майнефти состояла из топочного агрегата, работающего на неф­ ти и установленного у устья нагнетательной скважины, ком­

прессорной станции для нагнетения воздуха в пласт и трех скважин глубиной около 100 м, проведенных на пласт Е

(одна из них нагнетательная). Скважины были расположены по прямой линии на расстоянии 6 и 15 я друг от друга.

Дымовые газы от сгорания нефти, смешанные с воздухом,

нагнетались в нагнетательную скважину при температуре

на устье 600—650°.

Как лабораторные, так и промысловые опыты показали, что нефтяной пласт может быть зажжен при нагнетании в него газо-воздушной смеси с температурой выше темпера­

туры воспламенения нефти. Но эти опыты еще не доказали

возможности создания передвижного очага горения в пласто­ вых условиях.

После проведения экспериментов в Майкопе авторы пе­ решли к работам в промышленном масштабе в Верхне-Чу­ совских городках (1935 г.), Старогрозненском районе (1936— 1937 гг.) и снова в Майкопе (1937 г.). Все эти работы прово­ дились по одной и той же методике: на поверхности около наг­

нетательной скважины сооружалась выносная топка, из кото­ рой смесь продуктов сгорания и воздуха при температуре 400— 600° нагнеталась через скважину в пласт. Отбор нефти из пласта производилась из скважин, окружавших нагнета­ тельную.

— 37

Работы по нагнетанию в пласт горячей газо-воздушной смеси в Верхне-Чусовских городках и Старогрозненском

районе не дали никаких практических результатов и были прекращены в первом случае через 59 дней с начала про­ ведения процесса и во втором — через 76 дней.

Работы на Апшеронском промысле Майнефти продолжа­ лись более длительное время; установка действовала с пе­ рерывами два с лишним года. Для опытов по подземной га­

зификации был выбран заброшенный участок с 15 скважи­ нами, эксплуатация которых прекратилась еще в период

1923—1930 гг. Все скважины на этом участке подлежали лик­

видации. Эксплуатационными объектами участка были за­ лежи Е] и Е3 мощностью около 10 м каждая. Глубина сква­ жины 500—520 м. Общий объем залежей в пределах опыт­ ного участка был равен 1 670 000 м3. В задачу опытных ра­ бот входило выявление условий применения разработанного в ИГИ Академии наук СССР варианта подземной газифика­ ции, по которому огневой очаг находится на поверхности и

лучаемый из эксплуатационных скважин газ, образующий­ ся в пласте как основной продукт процесса, предполагалось

использовать для бытовых и промысловых потребностей.

Судя по материалам, опубликованным в печати автора­ ми проекта [3.1], проведенные работы по закачке в пласт го­ рячей газо-воздушной смеси позволили дополнительно до­ быть нефть и газ из заброшенного до этого участка.

Однако Б. Б. Лапук [32, 33] в результате исследований и

тщательного анализа результатов процесса пришел к пра­ вильному выводу, что подземной газификации ни в этом,

ни в двух предыдущих случаях достигнуто не было. Допол­ нительная добыча нефти была обусловлена обычным процес­ сом закачки газа в пласт (или, как его называли в то вре­ мя, процессом Мариетта).

Б. Б. Лапук нашел, что вследствие огромных потерь тепла на забой нагнетательной скважины поступала холод­

ная или едва подогретая газо-воздушная смесь. Это дока­ зывается тем, что температурные индикаторы из олова, по­ мещенные на глубине 147 мм не расплавились, т. е. на этой глубине температура была ниже 230°. Другими словами, на

протяжении всего лишь 150 м падение температуры состав­ ляло величину порядка 400°. Тепловыми расчетами Б. Б. Ла­ пук доказал, что при тех расходах воздуха и нефти, кото­ рые имели место при проведении промышленных опытов в

Верхне-Чусовских городках, Старогрозненском районе и Майнефти, нельзя рассчитывать не только на доведение темпе­ ратуры в пласте до 100°, но и вообще на сколько-нибудь

значительное повышение температуры.

38 —