Внутрипластовое горение (ВГ)

Термический метод добычи нефти с применением внутрипластового горения применяется для увеличения нефтеизвлечения на месторождениях с вязкой и высоковязкой нефтью.

Теоретические и экспериментальные исследования термогидродинамических процессов в нефтяных пластах проводили отечественные ученые А.Б. Шейнман, К.К. Дубровай, С.Л. Закс, Л.И. Рубинштейн, Э.Б.

Чекалюк, А.А. Боксерман и др.

Первым в нашей стране внес предложение о воздействии на нефтяной пласт внутрипластовым движущимся очагом (ВДОГ) А.Б. Шейнман в 1932 году. По результатам лабораторных исследований и опытов по внутрипластовому горению впервые в мире у нас в стране были проведены работы на Ширванском месторождении Краснодарского края в 1934 году. В последующем экспериментальные работы были проведены на промыслах Полова Гора (Краснодарский край), в Старогрозненском, Нефтяном Ширванском районе и других.

Внутрипластовое горение у нас в стране и за рубежом в промышленных масштабах применяется с пятидесятых годов прошлого столетия, в основном на месторождениях тяжелой нефти.

Внутрипластовое горение - это физико-химический окислительный процесс, при котором происходят химические превращения веществ с выделением больших количеств теплоты и образованием продуктов реакций.

Физической стадией процесса являются смешение топлива с окислителем и нагрев горючей смеси.

Химической стадией процесса является реакция горения, которая протекает по формуле:

СН_n+О₂ -> СО₂+СО+Н₂О+ теплота,

где СН_n - коксообразный остаток, образующийся при разложении нефти.

Процесс внутрипластового горения - это способ разработки месторождений вязкой нефти с целью увеличения конечного нефтеизвлечения, который основывается на использовании энергии, получаемой при частичном сжигании тяжелых фракций нефти (кокса) в пластовых условиях при нагнетании в пласт окислителя (воздуха). Процесс внутрипластового горения обладает всеми преимуществами термических методов вытеснения нефти горячей водой и паром, а также смешивающегося вытеснения, происходящего в зоне термического крекинга, в которой все углеводороды переходят в газовую фазу.

Основа горения - экзотермическая окислительно-восстановительная реакция (или комплекс реакций) вещества с окислителем.

Для того чтобы началась реакция, необходимо нагревание нефти. В процессе горения передача тепла осуществляется теплопроводностью. На основе проведенных теоретических исследований и экспериментальных работ определены основные закономерности процесса внутрипластового горения:

- внутрипластовое горение может осуществляться в виде сухого внутрипластового горения (СВГ),
влажного внутрипластового горения (ВВГ) и сверхвлажного внутрипластового горения (СВВГ);

- главным параметром для ВВГ и СВВГ является водо-воздушный фактор (ВВФ) - это отношение
объема закачиваемой в пласт воды к объему закачиваемого в пласт воздуха;

- интенсивные экзотермические реакции окисления нефти происходят в узкой зоне продуктивного
пласта, которая называется фронтом горения;

- при сухом и влажном процессах на фронте горения температура в среднем достигает 350-500° С, а
процесс сверхвлажного горения протекает при температурах 200-300° С;

- увеличение водовоздушного фактора (ВВФ) дает возможность повышать скорость продвижения по
пласту тепловой волны, снижать расход воздуха на «выжигание пласта» и на добычу нефти, уменьшать
концентрацию сгорающего в процессе химических реакций топлива;

- на процесс внутрипластового горения значительное влияние оказывают пластовое давление, тип
породы и нефти, начальная нефтенасыщенность.

При внутрипластовом горении тепло для воздействия на нефтяной пласт образуется за счет сжигания части пластовой нефти. По лабораторным и промысловым данным, при внутрипластовом горении сжигается до 15% нефти от геологических запасов нефти в пласте. Обычно сгорают наиболее тяжелые, менее ценные компоненты нефти в виде коксообразного остатка, образующегося в результате испарения, крекинга и пиролиза пластовой нефти, происходящих в поровых каналах продуктивного пласта в процессе горения.

В простейшем случае для создания внутрипластового движущегося очага горения (ВДОГ) необходимо пробурить скважины, одна из них нагнетательная, другая - добывающая.

Перед началом процесса необходимо создать циркуляцию воздуха между этими скважинами. Затем в призабойной зажигательной (нагнетательной) скважины создают условия, необходимые для инициирования и образования устойчивого очага горения в пласте. Для этого применяют забойные электрические нагреватели, забойные топливные горелки, химические реагенты и так далее, с помощью которых зажигают нефть в пласте.

При получении стабильного горения в пласте, когда очаг горения начал передвигаться к добывающим скважинам, зажигательная скважина становится только нагнетательной. Для этого забой скважины охлаждается, и из скважины извлекается на нагревательный прибор на поверхность, а в скважину начинают постоянно подавать окислитель (обычно воздух). При температуре около 260° С происходит горение некоторых углеводород входящих в состав нефти, с образованием воды, а также образование коксообразного остатка (топлива). При температуре 370° С воспламеняется и начинает гореть коксообразный остаток образуя продукты горения (вода, углекислый газ, окись углерода. Горение происходит на участке пласта небольшой протяженности образуя фронт горения, который при непрерывном нагнетании воздуха (окислителя) перемещается в направлении от нагнетательной к добывающей скважине. Скорость перемещения фронта горения, по промысловым данным, колеблется в пределах 0,03-1,07 м/сут.

Температура фронта горения обычно находится в пределах 400-500° С и более.

Участок продуктивного пласта, находящийся между нагнетательной и добывающей скважинами, можно разделить на несколько температурных зон (рис. 132). За фронтом горения находится выгоревшая зона, температура которой (по направлению к добываюейщ скважине) постепенно повышается до температуры фронта горения. Если температура фронта горения выше 370° С, то за ним остается совершенно сухая порода пласта, не содержащая жидких пртоводук и коксогоообразн остатка.

а)

325- 650 'С

Рис. 132. Схема процесса внутршшастового горения: а - темпера­турные зо!:ы в пласте; 6 - зоны распространения процесса; 1,2- нагнета­тельная и добывающая скважины; 3, 4, 7, 8 - зоны, соответственно, вы­жженная, испарения, конденсации и пара; 5 - легкие углеводороды; 6 -нефтяной вал; 9 - фронт горения

Непосредственно перед фронтом горения находится зона испарения, в которой происитхдо испарение остаточной нефти и связанной воды, а также образование коксообразного остатка (в той части зоны, которая примыкает к фронту горения). В пределах этой зоны наблюдается резкое понижение температуры до 93-204° С. Протяженность зоны ияспарени 0,6-1,5 м. Впереди зоны испарения находится зона пара, в которой совместно движутся пары воды и нефти, а также газообзныера продукты горения. По мере падения температуры в пределах этой зоны происходит конденсация паров воды и испарившихся легких углеводородов. Протяженность этой зоны довольно большая и составляет 4-9 м. Далее идет зона горячего конденсата, обнногоразова в результате конденсации паров воды и нефти. В этой зоне температура постоянно снижается до первоначальной температуры пласта. При вытеснении нефти отойрочко горячего конденсата перед ней создается зона повышенной нефтенасыщенности (оторочка нефти). От нефтяной оторочки до добывающей скважины сохраняются первоначальные условия: нефте- и водонасыщенность в этой зоне равны их значениям до зажигания пласта. Распределение температуры в пласте в ходе процесса по зонам приводит к соответствующему зональному распределению в пласте водонасыщенности и нефтенасыщенности. Во время развития процесса и перемещения фронта горения по пласту все указанные зоны последовательно проходят через весь участок пласта, включенный между нагнетательной и добывающей скважинами. Процесс заканчивается, когда фронт горения доходит до добывающей скважины.

Для разработки залежи с применением внутрипластового движущегося очага горения чаще применяют пятиточечную сетку скважин, когда нагнетательные (зажигательные) скважины расположены в центрах ячеек из четырех добывающих скважинах. Как видно из вышеизложенного, в процессе внутрипластового горения осуществляется комплексное воздействие на продуктивный пласт: вытеснение горячими газами, паром, растворителем и горячей водой. При использовании метода ВДОГ получают высокий коэффициент нефтеизвлечения и быстрые темпы разработки нефтяной залежи. По промысловым данным, коэффициент нефтеизвлечения при применении данного метода, в зависимости от качества нефти, коллекторских свойств залежи и коэффициента охвата пласта фронтом горения, находится в пределах 0,51-0,80. Данные промысловых испытаний показывают, что значительное количество нефти извлекается также из той части разрабатываемого продуктивного пласта, которая не охвачена непосредственно фронтом горения. Тепло от фронта горения за счет теплопроводности передается соседним участкам залежи, нагревает их и вовлекает в разработку.

Нефтеизвлечение (0,51-0,80) в промысловых условиях достигается за 1,5-4 года. Такие темпы выработки нефтяной залежи невозможны (в настоящее время) ни при каких других методах извлечения

нефти. Необходимо отметить, что метод создания ВДОГ, по сравнению с другими методами, является более сложным и требует более тщательного учета присущих ему особенностей и более высокой квалификации обслуживающего персонала. Имеются два варианта внутрипластового горения - прямоточный и противоточный. При прямоточном варианте внутрипластового горения зажигание пласта и подача окислителя производится через одну и ту же скважину. Окислитель и фронт горения при этом движутся в направлении от зажигательной (нагнетательной) скважины к добывающим скважинам. При противоточном варианте зажигание пласта и нагнетание окислителя в пласт осуществляют в разные скважины. После того как в зажигательной скважине инициировано горение, окислитель подается через нагнетательную скважину в нефтенасыщенную не нагретую часть продуктивного пласта навстречу движущемуся очагу горения. Ограничивающими факторами в противоточном горении являются:

- эффект при противоточном горении снижается, так как скорость и температура фронта горения
непрерывно возрастают с увеличением расхода воздуха, скорость продвижения фронта увеличивается с
ростом давления при снижении максимальной температуры (в результате за фронтом горения может
остаться не вытесненная нефть);

- направление распространения процесса может измениться на обратное, если скорость реакций
окисления нефти в условиях продуктивного пласта достаточна для ее самовоспламенения на участках,
прилегающих к нагнетательной скважине;

- эффективность метода зависит от расхода воздуха, что осложняет управление процессом. Расход
воздуха при методе значительный и для его достижения необходимо уменьшать расстояние между
скважинами, так как при значительном удалении скважин друг от друга тепловые потери обуславливают
конденсацию значительной части нефти, которую затем трудно извлечь на поверхность;

- практическая невозможность осуществления прямоточного процесса в залежах с неподвижной
нефтью или битумами. По вышеизложенным причинам метод противоточного внутрипластового горения не
получил широкого применения.

Поиск по сайту: