9.2.2.2 Застосування двоокису вуглецю

З метою ефективного витіснення нафти використовується двоокис вуглецю (СО₂), димові гази, азот.

Ефективність витіснення нафти СО₂ визначається багатьма факторами;

• об'ємним розширенням нафти під час розчинення в ній СО₂;

• зниженням в'язкості нафти та збільшенням в'язкості газу;

• підвищення ефективності витіснення під час часткового змішування нафти з СО₂;

• змішуваним витісненням нафти вуглеводневими компонентами.

Використання двоокису вуглецю ґрунтується на його розчинності в пластових флюїдах, в тому числі на розчиненні в ньому деяких компонентів нафти. Збільшення при цьому об’єму нафти (у 1,5-1,7 рази) та зменшення її в’язкості сприяє підвищенню її рухливості і покращенню умов її витіснення. Вирівнювання густини нафти і води зменшує інтенсивність їх гравітаційного поділу і сприяє більш рівномірному просуванню фронту витіснення. СО₂ не адсорбується на стінках породи, тому метод може успішно застосовуватися на пізних стадіях розробки покладів зі звичайним заводненням з нафтонасиченістю понад 35-40 %, а нафтовилучення при цьому може збільшитись на 5-10 %. Великий ефект досягається при в’язкості нафти 10-15 мПа·с. З її підвищенням змішуваність СО₂ з нафтою погіршується. Із зростанням тиску змішуваність поліпшується, тому необхідно вибирати об’єкти з пластовим тиском понад 10 МПа.

На відміну від процесів витіснення нафти вуглеводневими газами, концентрація проміжних компонентів у нафті не впливає на ефективність витіснення під час використання СО₂. Тут визначальним фактором є вміст у нафті вуглеводнів від С₅ до С₃₀, які під тиском, що є нижчим від тиску змішування, екстрагуються вуглекислим газом, а потім конденсуються в районі фронту витіснення. Як наслідок, утворюється перехідна зона, але процес витіснення відбувається в умовах обмеженої розчинності.

За тиск змішування (взаємної розчинності) приймається величина тиску витіснення нафти двоокисом вуглецю, під час якого нафтовилучення на момент прориву витісного агента складає не менше 80-85 %, а загальне - більше 94 % (95-98 %).

Промислові та лабораторні роботи, що виконані в останні роки, свідчать про те, що СО₂ є одним з найбільш перспективних агентів для витіснення нафти. Ряд американських вчених прийшли до висновку, що в карбонатних колекторах застосування СО₂ є більш ефективним, ніж застосування міцелярних розчинів.

Метод витіснення нафти двоокисом вуглецю може здійснюватись у трьох модифікаціях:

• у вигляді нагнітання в пласт карбонізованої води (в 1 м³ води при звичайній температурі та незначному тиску розчиняється до 20 м³ СО₂);

• у вигляді нагнітання в пласт газоподібного СО₂;

• у вигляді нагнітання в пласт рідкої вуглекислоти (Н₂СО₃).

Одночасно необхідно мати на увазі, що за t > 31°С за різних тисків СО₂ завжди буде перебувати у газоподібному стані. Якщо температура нижча від 31°С, то, залежно від тиску, двоокис вуглецю може перебувати в рідкому або газоподібному стані.

На думку фахівців США та Угорщини, де цей метод найбільш широко випробуваний, найкраще нагнітати в пласт СО₂ у газовому стані. У такому вигляді СО₂ найбільш безпечний в роботі, метод значно дешевший від такого в інших модифікаціях, завдяки відсутності необхідності видалення супутніх компонентів, менша корозія обладнання.

З точки зору технології нагнітання СО₂ в пласт з метою підвищення нафтовилучення можливі такі модифікації:

- неперервне нагнітання СО₂;

- нагнітання облямівки СО₂ та просування її через пласт більш дешевим агентом (газом);

• нагнітання облямівки СО₂ та проштовхування її водою;

• нагнітання СО₂ з додатком розчинників (скраплений газ, Н₂S), які знижують тиск змішування;

• комбінована дія на пласт теплом та двоокисом вуглецю.

Вибір відповідного способу дії на пласт визначається багатьма факторами. Тим не менше, існують деякі загальні правила. У пластах, які залягають полого, де основним завданням є регулювання рухливості фаз, доцільно застосовувати циклічне нагнітання СО₂ і води.

Для пластів, що падають круто, під час витіснення нафти зверху вниз застосовують спосіб створення облямівки СО₂ з просуванням її більш легким газом. І, навпаки, під час проштовхування облямівки СО₂ від низу до верху як проштовхувальний агент треба використовувати воду.

Тиски, за яких досягається взаємна розчинність фаз під час витіснення нафти С0₂, значно нижчі, ніж під час витіснення її сухим газом, збагаченим газом чи азотом. Тиск, за якого спостерігається утворення взаєморозчинних фаз, залежить від складу нафти, пластової температури і домішок у двоокису вуглецю.

Результати лабораторних досліджень показують, що існує оптимальний тиск, за якого досягається найбільш сприятливе співвідношення рухливостей нафти, проміжної зони і двоокису вуглецю, а, отже, і найбільш високий коефіцієнт нафтовилучення.

Необхідно відзначити, що співвідношення в'язкостей нафти і двоокису вуглецю в пластових умовах може досягати 10 і більше, що веде до швидкого прориву двоокису вуглецю. Для запобігання цього ускладнення пропонують нагнітати в пласт поперемінно СО₂ і воду. Підвищення нафтовіддачі, в порівнянні із звичайним заводненням, при використанні двоокису вуглецю оцінюється в 10-15%.