7. Термические способы увеличения нефтеотдачи

Впервые опыты по тепловому воздействию на пласт в России были начаты в 30-е годы. При нагнетании в пласт горячей воды повышение температуры вызывает понижение вязкости нефти, изменение молекулярно-поверхностных сил, расширение нефти и горных пород, улучшение смачивающих свойств воды. В начале процесса горячая вода, нагнетаемая в пласт, быстро отдает тепло породе, остывает до пластовой температуры и поэтому между вытесняемой нефтью и последующими порциями теплоносителя образуется зона остывшей воды. Следовательно нефть практически вытесняется водой, имеющей пластовую температуру. Влияние теплоносителя на эффективность вытеснения нефти начинает сказываться в более поздний водный период разработки залежи. Движение горячей воды в пласте сопровождается уменьшением фильтрационных сопротивлений в прогретой зоне. Улучшается смачиваемость поверхности, возрастают интенсивность и роль капиллярного перераспределения жидкостей. Если уменьшение вязкости нефти способствует увеличению нефтеотдачи, то интенсификация капиллярных процессов на фронте вытеснения может оказать существенное отрицательное влияние на нефтеотдачу. Эти явления могут возникать при низкой температуре теплоносителя в пласте (до 80-85С).

Если в пласт нагнетается перегретый водяной пар, то нагрев пласта вначале происходит за счет теплоты перегрева. При этом температура снижается до температуры насыщенного пара т.е. до точки кипения воды в пластовых условиях. Далее на нагрев пласта расходуется скрытая теплота парообразования и затем пар конденсируется. В этой зоне температура пароводяной смеси и пласта будут равны температуре насыщенного пара до тех пор, пока вся скрытая теплота парообразования не будет израсходована. Затем пласт будет нагреваться за счет температуры горячей воды до тех пор, пока ее температура не упадет до начальной пластовой.

Другим методом термовоздействия является осуществление процесса внутрипластового горения. Вытеснение нефти происходит горячими газообразными продуктами сгорания части нефти, нагретой водой и паром. Суммарный результат воздействия движущегося очага горения в пласте складывается из многочисленных эффектов, способствующих увеличению нефтеотдачи. Во-первых, выделяются легкие углеводороды, конденсирующиеся в ненагретой зоне пласта впереди фронта горения и уменьшающие вязкость нефти. Во-вторых, конденсирующаяся влага образует зону повышенной водонасыщенности; происходит термическое расширение жидкостей и пород, увеличиваются проницаемость и пористость за счет растворения цементирующих материалов. В-третьих, углекислый газ, образующийся при горении, растворяется в воде и в нефти, повышая их подвижность. И, наконец, тяжелые остатки нефти подвергаются пиролизу и крекингу. Все это увеличивает выход углеводородов из пласта.

Успешному осуществлению процесса способствует равномерность распределения нефти в пласте, высокая проницаемость и пористость пород. Более устойчивые очаги горения возникают в пластах, содержащих тяжелые нефти, обладающие повышенным содержанием коксового остатка. Повышенная водонасыщенность пласта затрудняет течение процесса. Тепловая волна, образующаяся при горении, характеризуется температурной кривой, имеющей два ниспадающих крыла с максимумом между ними, соответствующим температуре очага горения. По лабораторным данным ее величина достигает 550-600 С. Фронтальное крыло температурной кривой возникает в процессе горения кокса и частично нефти вследствие распространения тепла конвективным его переносом продуктами горения и конденсации паров углеводородов и воды за счет теплопроводности. После движущегося очага горения остается нагретая порода, постепенно охлаждающаяся движущимся здесь окислителем. По данным лабораторных экспериментов длина тепловой волны достигает нескольких десятков сантиметров. Скорость движения волны зависит от плотности потока окислителя и концентрации в нем кислорода и может изменяться от единиц до десятков метров в сутки. Считается, что нефтеотдача при осуществлении описанной технологии может достигать 70-85%.